【導(dǎo)讀】開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路具有改善電路性能，提高電路可靠性等特點(diǎn)，已廣泛用于快速開關(guān)動(dòng)作的三極管的各種電子電路中。本文從驅(qū)動(dòng)保護(hù)、抗干擾等方面設(shè)計(jì)了一種輸入脈寬可調(diào)信號(hào)的兩路驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。該電路具有快速精確、高性能、小型化、實(shí)用性等特點(diǎn)，可滿足一些軍事、工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)需求。
開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路已經(jīng)廣泛應(yīng)用于快速開關(guān)動(dòng)作的三極管的各種電子電路中，可提高電路可靠性，改善電路性能。驅(qū)動(dòng)控制電路。它實(shí)際是一個(gè)通過(guò)控制信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行功率放大的電路，滿足負(fù)載額定功率使得負(fù)載正常工作，可以對(duì)一定的輸入信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，雖然不同負(fù)載需要不同的驅(qū)動(dòng)電路，但實(shí)質(zhì)基本一樣。
我們結(jié)合模擬電路中的控制驅(qū)動(dòng)原理，利用晶體三極管飽和導(dǎo)通和截止作為開關(guān)控制信號(hào)，從驅(qū)動(dòng)保護(hù)、抗干擾等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了一種輸入脈寬可調(diào)信號(hào)的兩路驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。該電路具有快速精確、高性能、小型化、實(shí)用性等特點(diǎn)，可滿足一些軍事、工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)需求。
設(shè)計(jì)原理與總體結(jié)構(gòu)
該驅(qū)動(dòng)控制電路分為輸入級(jí)電路、放大級(jí)電路、驅(qū)動(dòng)電路與保護(hù)電路。其中，輸入級(jí)和放大級(jí)電路由兩路相同晶體管開關(guān)電路構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)電路由兩路集電極開路驅(qū)動(dòng)輸出，保護(hù)電路主要利用穩(wěn)壓二極管的限幅功能，電路采取雙電源供電模式。其電路原理框圖如圖1所示。
圖1：電路原理框圖
圖2：輸入與輸出時(shí)序圖
圖3 輸入級(jí)電路
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電路設(shè)計(jì)
由電路原理框圖看出電路分為輸入級(jí)電路、放大級(jí)電路、驅(qū)動(dòng)電路與保護(hù)電路，下面對(duì)各部分進(jìn)行詳細(xì)介紹。
1 輸入級(jí)電路
輸入級(jí)，由控制信號(hào)控制兩路相同信號(hào)的輸入，兩路信號(hào)每次只有一路有輸入信號(hào)，不同時(shí)輸入。輸入信號(hào)為一定幅值的方波，當(dāng)控制信號(hào)為高電平。輸入信號(hào)為高電平時(shí)，三極管V1和V2的基極電流I b1,2＝（Vcon－VBE1）/R1，集電極能提供的最大電流I c MA X1,2=V i n1/R3，選擇合適參數(shù)的三極管，使得βIb1,2＞IcMAX1,2，V1和V2都處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，V1、V2的集電極為低電平；當(dāng)控制信號(hào)為低電平，V1和V2處于截止?fàn)顟B(tài)，則兩個(gè)輸入信號(hào)分別通過(guò)電阻R3、R4加到放大級(jí)三極管的基極。
2 放大級(jí)電路
放大級(jí)，對(duì)兩路輸入信號(hào)兩次放大后送給兩個(gè)驅(qū)動(dòng)級(jí)電路。當(dāng)控制信號(hào)CON為低電平，輸入信號(hào)IN1、IN2在高電平期間，三極管V3和V4的基極電流I b3,4=（Vin1-VBE3）/R3，集電極能提供的最大電流IcMAX3,4=（VCC-VBE5）/R9，選擇參數(shù)合適的三極管，使得βIb3,4＞IcMAX3,4，V3、V4處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。同理，V5、V6的基極電流Ib5,6=IcMAX3,4-VBE5/R11，V5和V6集電極能提供的最大電流IcMAX5,6=（VCC-VEE-VBE7）/R13。其中，三極管V7是驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)的管子，選擇參數(shù)合適的三極管，使得βIb5 , 6＞IcMAX5,6，V5、V6飽和導(dǎo)通。當(dāng)控制信號(hào)CON為低電平，輸入信號(hào)為低電平時(shí)，放大級(jí)的四個(gè)三極管都截止。
圖4：放大極電路 圖5：驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路
3 驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路
當(dāng)控制信號(hào)Con為電平，輸入信號(hào)IN1、IN2在高電平期間，驅(qū)動(dòng)級(jí)三極管V7、V8具有驅(qū)動(dòng)能力，可將兩個(gè)三極管的集電極外接負(fù)載至電源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
保護(hù)電路由二極管V10、V11，電阻R17、R18，穩(wěn)壓管V12、V13和三極管V9構(gòu)成。當(dāng)V9導(dǎo)通時(shí)，V9導(dǎo)通壓降VBE9=VON，穩(wěn)壓管的電壓降為VZ，二極管導(dǎo)通壓降為VON，電阻R18的電壓降VR18約為(Von/R17) R18,此時(shí)輸入端的信號(hào)幅度VX大約為：VCC+VR18+VZ+VBE9+VON，所以當(dāng)輸出1或2端由于接感性負(fù)載，會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)反向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)而使其電壓上升。當(dāng)高于V x時(shí)，V9導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)限幅功能，保護(hù)V7、V10。
驗(yàn)證測(cè)試與分析
當(dāng)輸入信號(hào)VIN的幅度為12V時(shí)，對(duì)電路各部分進(jìn)行電路模擬仿真。采用Cadence的Capture CIS仿真軟件Orcad在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬仿真，仿真結(jié)果如圖6所示。
圖6：電路仿真結(jié)果 圖7：電路實(shí)測(cè)圖
采用模擬電路參數(shù)測(cè)試的基本方法對(duì)樣片電路的驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)等進(jìn)行測(cè)試。將設(shè)定的脈沖信號(hào)加到輸入端IN1，在輸出1端加上負(fù)載，用示波器測(cè)試輸出1端的輸出幅度，即輸出高電平與低電平的電壓差；測(cè)試輸出高電平上的尖脈沖幅度，即輸出高電平到輸出尖峰的最大值的差。輸出幅度與限幅電壓實(shí)際測(cè)試圖如圖7所示。
從驅(qū)動(dòng)電路仿真驗(yàn)證結(jié)果和電路實(shí)際測(cè)試結(jié)果看出，與輸入輸出時(shí)序關(guān)系一致，測(cè)試參數(shù)滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。
結(jié)論
該電路已應(yīng)用于某武器自動(dòng)控制裝置，性能滿足要求。其減小了武器系統(tǒng)體積，為系統(tǒng)擴(kuò)展功能，增加戰(zhàn)斗能力提供了可能；使用方便，可作為通用控制電路直接用于其他類似的項(xiàng)目，具有較好的推廣應(yīng)用前景。
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