一种雷达天线的pwm控制电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种雷达天线的PWM控制电路，其特征在于：包括逻辑分配电路和与逻辑分配电路输出端电连接的驱动和功率转换电路，逻辑分配电路包括两个光电隔离器和NE555电路，驱动和功率转换电路包括两个IR2308芯片和与其输出端连接的由IGBT组成的H桥驱动和功率转换电路。本发明利用一些简单的逻辑门，设计了一个利用动态自举技术的单极性PWM逻辑分配电路，其集成度高、体积小巧、性能稳定、使用单一电源即可对栅极驱动，实现了对雷达天线的伺服控制，解决了动态自举问题，克服了双极性PWM电路在电机停止转动时仍然有损耗的缺点，提高了雷达天线转速及功率转换电路的效率。
【专利说明】—种雷达天线的PWM控制电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及雷达控制【技术领域】，尤其是涉及一种雷达天线的PWM控制电路。
【背景技术】
[0002]随着大功率半导体技术的发展，全控型电力电子器件组成的脉冲宽度调制(PWM)技术在雷达天线控制系统中得到了广泛的应用。雷达天线控制系统一般采用脉冲宽度调制(PWM)技术实现电机调速，由功率晶体管组成的H桥功率转换电路常用于拖动伺服电机。根据在一个开关周期内，电枢两端所作用的电压极性的不同分为双极性和单极性模式PWM。
[0003]双极性PWM功率转换器中，同侧的上、下桥臂控制信号是相反的PWM信号；而不同侧之间上、下桥臂的控制信号相同。在PWM占空比为50%时，虽然电机不动，电枢两端的瞬时电压和瞬时电流都是交变的，交变电流的平均值为零，电动机产生高频的微振，能消除摩擦死区；低速时每个功率管的驱动脉宽仍较宽，有利于保证功率管的可靠导通。但是，在工作过程中，四个功率管都处于开关状态，开关损耗大，而且容易发生“直通臂”的情况；更严重的情况在于——电机电枢并非绝对的感性元件，在电机不动时，由于此时通过电枢上的交变电流，电枢的内部电阻会消耗能量，造成了不必要的损耗，降低了功率变换器的转换效率。
[0004]单极性PWM功率转换器中，一侧的上、下桥臂为正、负交替的脉冲波形，另外一侧的上桥臂关断而下桥臂恒通。在工作时一侧的上、下桥臂总有一个始终关断，一个始终导通，运行中无须频繁交替导通，因而减少了开关损耗；在PWM占空比为0%时，电机停止，H桥完全关断无电流通过，此时电机的内部电阻不消耗能量；由于单极性比双极性PWM功率变换器的电枢电路脉动量较少一半，故转速波动也将减小。但是，单极性和双极性PWM都存在可能的“直通臂”情况，应设置逻辑延时。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种雷达天线的PWM控制电路，本发明利用一些简单的逻辑门，设计了一个利用动态自举技术的单极性PWM逻辑分配电路，经过半桥驱动IC功率放大，驱动由IGBT组成的H桥功率转换电路。其集成度高、体积小巧、性能稳定、使用单一电源即可对栅极驱动，实现了对雷达天线的伺服控制，解决了动态自举问题，克服了双极性PWM电路在电机停止转动时仍然有损耗的缺点，提高了雷达天线转速及功率转换电路的效率。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种雷达天线的PWM控制电路，其特征在于:包括逻辑分配电路和与逻辑分配电路输出端电连接的驱动和功率转换电路，所述逻辑分配电路包括两个光电隔离器和NE555电路，所述驱动和功率转换电路包括两个IR2308芯片和与其输出端连接的由IGBT组成的H桥驱动和功率转换电路。
[0007]上述的一种雷达天线的PWM控制电路，其特征在于:所述两个光电隔离器均为型号6N137的光电隔离芯片。
[0008]上述的一种雷达天线的PWM控制电路，其特征在于:所述两个光电隔离器一个输入方向信号，一个输入脉冲宽度调制信号。
[0009]上述的一种雷达天线的PWM控制电路，其特征在于:所述两个光电隔离器输出端连接由非门、与门组成的逻辑信号变换电路。
[0010]上述的一种雷达天线的PWM控制电路，其特征在于:所述其中一个光电隔离器输出端还通过串联的非门、电容与NE555电路连接。
[0011]上述的一种雷达天线的PWM控制电路，其特征在于:所述NE555电路输入端依次连接非门以及并联的电阻和二极管。
[0012]上述的一种雷达天线的PWM控制电路，其特征在于:所述H桥驱动和功率转换电路为四个IGBT组成的H桥电路，且H桥横杠处连接有电机。
[0013]上述的一种雷达天线的PWM控制电路，其特征在于:所述驱动和功率转换电路的两个IR2308芯片均外接自举二极管和自举电容。
[0014]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0015]本发明利用一些简单的逻辑门，设计了一个利用动态自举技术的单极性PWM逻辑分配电路，经过半桥驱动IC功率放大，驱动由IGBT组成的H桥功率转换电路。其集成度高、体积小巧、性能稳定、使用单一电源即可对栅极驱动，实现了对雷达天线的伺服控制，解决了动态自举问题，克服了双极性PWM电路在电机停止转动时仍然有损耗的缺点，提高了雷达天线转速及功率转换电路的效率。
[0016]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明的逻辑分配电路电路原理图；
[0018]图2为本发明的驱动和功率转换电路电路原理图。
【具体实施方式】
[0019]如图1和图2所示，一种雷达天线的PWM控制电路，其特征在于:包括逻辑分配电路和与逻辑分配电路输出端电连接的驱动和功率转换电路，所述逻辑分配电路包括两个光电隔离器和NE555电路，所述驱动和功率转换电路包括两个IR2308芯片和与其输出端连接的由IGBT组成的H桥驱动和功率转换电路。
[0020]本实施例中，所述两个光电隔离器均为型号6N137的光电隔离芯片。
[0021]本实施例中，所述两个光电隔离器一个输入方向信号，一个输入脉冲宽度调制信号。
[0022]本实施例中，所述两个光电隔离器输出端连接由非门、与门组成的逻辑信号变换电路。
[0023]本实施例中，所述其中一个光电隔离器输出端还通过串联的非门、电容与NE555电路连接。
[0024]本实施例中，所述NE555电路输入端依次连接非门以及并联的电阻和二极管。
[0025]本实施例中，所述H桥驱动和功率转换电路为四个IGBT组成的H桥电路，且H桥横杠处连接有电机。
[0026]本实施例中，所述驱动和功率转换电路的两个IR2308芯片均外接自举二极管和自举电容。
[0027]如图1所不。输入信号包括一个方向信号和一个脉冲宽度调制信号,这两个输入信号经过脉冲分配便产生单极性PWM脉冲。信号地和功率地通过高速光电耦合器隔离。调节脉冲宽度调制信号的占空比即可调节单极性PWM脉冲的占空比。这里的方向信号用来切换电动机转动的方向，这种做法区别于双极性PWM中的转动方向靠PWM的占空比来决定的做法。值得注意的是图1中的NE555电路，起到脉冲检测的作用。当脉冲宽度调制输入信号脉冲丢失时，此时输出低，将低端强制拉低，整个H桥关断。
[0028]脉冲分配电路产生的单极性PWM脉冲，送入半桥驱动器放大。如图2所示，国际整流器公司生产的IR2308和由IGBT组成的H桥驱动和功率转换电路。IR2308在驱动高端栅极时，必须外接自举二极管和自举电容，当Vs脚通过低端IGBT和电机负载拉到地时，自举电容由直流+18V通过自举二极管对电容充电；低端IGBT关断时，电容通过IR2308的内部推挽结构经HO脚对高端IGBT栅极充电，使其饱和导通。IR2308内部死区保护单元为IGBT开关延时提供了死区时间，消除了 “直通臂”的现象。在正常工作时，由于对侧低端的IGBT始终开通，故此时自举电容可以通过电机负载对地充电，减小了因对高端栅极的充电导致的自举电压降的波动，可以看出这是一个动态自举的过程。
[0029]如图2所示，H型双极性PWM的电机电枢两端平均电压可以表示为:
[0030]UAB= τ (Vbus_2VCE (sot))，τ 为占空比(I)
[0031]当τ = O %时，此时UAB = 0V,电动机停止转动。测得逻辑控制端，HINl = O、LINl=O、ΗΙΝ2 = O、LIN2 = O。因为此时H桥的4个IGBT全部关断，故此时不存在开关损耗；尽管电动机存在内部电阻，但此时没有电流流过H桥，电动机也不消耗能量。当τ = 100%时，其结果与τ =0%时完全相同。当τ = 90%时，这个时候电压的占空比很宽，天线处于一个比较高的转速，测得流过电机电枢平均电流1v为1.72Α，由(I)计算出电枢两端平均电压UAB = 86.4V，那么电源输入功率为:
[0032]Pout = UAB1v = 86.4Vxl.72A ^ 148.61W (2)
[0033]电枢回路总的铜损耗为:
[0034]Ploss = 1v2Ra = (1.72A) 2x3.91 Ω ^ 23.96W (3)
[0035]此部分能量浪费在电枢内部电阻上，转变为热能。由直流电动机稳态运行时的基本方程式:
[0036]UAB = Ea+EovRa (4)
[0037]其中:Ea为电动机的感应电动势式(6)两边同时乘以1v:
[0038]UAB1v = Ea1v+1v2Ra (5)
[0039]即:Pout= PM+Ploss (6)
[0040]故电磁功率为:
[0041]PM = Pout-Ploss = 148.61W-23.96W = 124.65W (7)
[0042]此部分功率由电功率转换为电磁功率，从而拖动天线，测得天线的实际转速η =6r/min。此时的转换效率为:PM/Pout = 83.9%。
[0043]H型双极性PWM的电机电枢两端的平均电压可以表示为:
[0044]UAB = a (Vbus_2VCE (sot)-(卜 a ) (Vbus_2VCE (sot) ) = (2 α -1)(Vbus-2VCE (sot)), α 为占空比(8)
[0045]当a = 50%时，此时UAB = 0V,电动机停止转动。但是此时电机电枢两端的电流是交变通断的，因此会消耗功率电枢内部电阻上，同时IGBT由于每个周期的交替导通和关断，会存在4个IGBT开关损耗。与单极性PWM占空比a = 90%相对应的双极性PWM占空比为UAB = 95%，此时电枢两端平均电压=86.4V。但在一个开关周期里，比单极性PWM电路要多出两个IGBT开关损耗，同时电枢内部电阻在整个开关周期里都消耗功率。因此可以发现，双极性PWM较单极性PWM电路在拖动天线时，浪费在开关损耗和铜损上的功率更多，从而导致转换效率的降低，也降低了天线的转速。
[0046]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种雷达天线的PWM控制电路，其特征在于:包括逻辑分配电路和与逻辑分配电路输出端电连接的驱动和功率转换电路，所述逻辑分配电路包括两个光电隔离器和NE555电路，所述驱动和功率转换电路包括两个IR2308芯片和与其输出端连接的由IGBT组成的H桥驱动和功率转换电路。
2.按照权利要求1所述的一种雷达天线的PWM控制电路，其特征在于:所述两个光电隔离器均为型号6N137的光电隔离芯片。
3.按照权利要求1或2所述的一种雷达天线的PWM控制电路，其特征在于:所述两个光电隔离器一个输入方向信号，一个输入脉冲宽度调制信号。
4.按照权利要求1或2所述的一种雷达天线的PWM控制电路，其特征在于:所述两个光电隔离器输出端连接由非门、与门组成的逻辑信号变换电路。
5.按照权利要求1或2所述的一种雷达天线的PWM控制电路，其特征在于:所述其中一个光电隔离器输出端还通过串联的非门、电容与NE555电路连接。
6.按照权利要求4所述的一种雷达天线的PWM控制电路，其特征在于:所述NE555电路输入端依次连接非门以及并联的电阻和二极管。
7.按照权利要求1所述的一种雷达天线的PWM控制电路，其特征在于:所述H桥驱动和功率转换电路为四个IGBT组成的H桥电路，且H桥横杠处连接有电机。
8.按照权利要求1所述的一种雷达天线的PWM控制电路，其特征在于:所述驱动和功率转换电路的两个IR2308芯片均外接自举二极管和自举电容。
【文档编号】H02M1/088GK104333204SQ201410654448
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】张洪军, 廖云龙, 赵永亮 申请人:成都锐新科技有限公司