一种采用集成驱动器的超声波发生器

    1　引　言

    超声波发生器中功放级与前级的耦合以变压器耦合方式最为常见[1、2]。这种方式的优点是能够实现前后级之间和高低端之间的隔连接的两管),可以灵活地改变变比以得到合适的推动电压或电流。此外,信号负半周产生的反向电压有利于晶体管的关断,缺点是变压器的绕制和安装都比较麻烦,占用的空间较大,波形失真大且易产生电磁干扰。另外,作为无源元件,变压器不具有放大作用,为获得足够的驱动能力,常需要在变压器之前设推动级,线路比较复杂。

    另一种耦合方式是高速光耦器件。[3]光耦器件初次级间的隔离性能较好,输出波形失真小,但高低端之间的隔离比较困难,同时驱动能力较小,一般需后接放大或缓冲级。

    对于用MOSFET或IGBT做成的开关放大电路,如对前后级之间的隔离无要求,则集成驱动器提供了一种很好的选择,其优点是线路简单、有较强驱动能力、体积小、安装方便,并可自带振荡、保护等功能。事实上,集成驱动器早已应用于各种开关电源中,并对开关电源的小型化起了很大作用。因开关型超声波发生器本质上也是一种开关电源,故采用集成驱动器应该说是很自然的事情。

    2　集成驱动器的内部结构和外部接线[4]

    用于开关电路的集成驱动器有多种型号,受资料限制,本文仅介绍国际整流器公司(International Rectifier,即IR公司)生产的IR系列驱动器,按其输出端口划分有单端口、双端口和六端口3种。单输出端口可用于串联开关调压电路。六输出端口专用于三相电路,双输出端口又有高低端独立驱动和半桥驱动两种类型,这两种类型都可用来驱动半桥电路,区别是前者需要两个反相的输入信号而后者只需一个输入信号,前者结构较复杂而后者结构相对简单。双输出端口半桥驱动类型按功能不同有3种型号:IR2111为基本型,IR2151为内置振荡器型,IR2104为内置电流保护型。图1和图2分别示出IR2111的原理框图和接线图。

    图1中,外来方波信号由第3脚输入,经过一个迟滞触发器后分成相位相反的高低两路信号,并分别被死区时间电路DT插入一段死区,再与欠压检测电路UV的输出一同进入或非门,如果UV检测出电源电压过低,或非门即关闭,驱动器将无输出,低端或非门送出的信号经过反相后推动由两个互补的MOSFET组成的低端输出级。当信号为高电平时下面的N沟道管导通,输出LO为低电平;信号为低电平时则上面的P沟道管导通,LO为高电平。LO的参考点为公地COM,与低端相比,高端的情况要复杂一些。高端或非门的输出先通过一个信号发生电路,变成一对双错的信号送给高压电平转换电路HVLS, HVLS由两只漏极输出的MOSFET组成,它的输出是对地平衡的方脉冲串,这个信号经脉冲滤波器PF整形,变成两路幅度适当的尖脉冲,用以控制RS触发器。RS触发器的输出则驱动另一对互补管组成的高端输出级,得到高端输出HO。HO的参考点不是COM而是VS端子。