数字脉宽调制器摘要交流电压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。
因此本文所设计的数字脉宽调制器实现的就是单相交流调压功能。
本文主要介绍了数字脉宽调制器的组成电路以及主要运用的集成芯片、电子器件，尤其是电力电子器件IGBT的使用。
该设计通过比较器对参照电压的数字量和计数器的输出进行比较，再利用比较结果来控制IGBT的驱动电路进而控制IGBT 的导通和关断，来实现脉宽调制。
本设计单纯使用硬件电路，原理简单，容易实现。
关键词：IGBT驱动电路计数器比较器Digital Pulse Width ModulatorAbstractAC voltage control circuit is widely used in lighting (such as dimming control of lamps and lighting) and the soft start induction motors, but also for induction motor speed control. Therefore in this paper the design of digital pulse width modulator is the realization of single-phase AC voltage regulator function.In this paper, the digital pulse width modulator circuit and the main use of the composition of the integrated chips, electronic devices, especially power electronic devices IGBT use. The design of the device by comparing the number of reference voltage and to compare the output of counter, and then use the results of the comparison to control IGBT to control the drive circuit IGBT and the turn-off to achieve the pulse-width modulation. The simple use of hardware circuit design, the principle of simple, easy to achieve.Keywords: IGBT; driver circuit; comparator; counter目录1引言 (1)2数字脉宽调制器的主电路 (2)2.1自关断电子器件（IGBT） (2)3控制电路的设计 (5)3.1脉宽调制电路 (5)3.1.1参考电压产生电路 (5)3.1.2计数电路 (5)3.1.3 A/D转换器 (7)3.1.4用555定时器接成的多谐振荡器 (10)3.1.5数值比较 (15)3.1.6锁存电路 (16)3.2直流稳压电源 (17)3.3（IGBT）驱动电路 (20)3.3.1IGBT对驱动电路的要求 (20)3.3.2IGBT的变压器隔离驱动 (21)3.3.3 IGBT的直接驱动 (22)3.3.4IGBT的光耦隔离驱动 (23)3.3.5IGBT的集成模块驱动 (23)3.4同步电路 (25)3.4.1单相整流电路 (25)3.4.2光电耦合器 (31)3.4.3变压电路 (33)3.4.4计数清零 (37)4结论 (39)谢辞 (40)参考文献 (41)附录 (42)外文资料 (43)中文翻译 (45)1 引言许多应用需要脉宽调制(PWM)电路，如：电压调节器、功率控制、风扇速度控制等。
本文所设计的脉宽调制器用于单相交流调压[7]。
脉宽调制器的实现有很多途径和方法，可以用单片机、模拟电路和数字电路等来实现。
每一种实现方法都有它的可取之处。
单片机通过软、硬件结合，操作简单，易于实现。
模拟电路和数字电路实现起来原理简单，易于理解。
数字电路较之模拟电路抗干扰能力强，因此本设计通过单纯的硬件电路来实现脉宽调制器。
设计的数字脉宽调制器通过调节负载两端电压的大小从而改变负载的某些参数，负载如果为电机，通过脉宽调制则可以改变其转速。
2 数字脉宽调制器的主电路2.1自关断电子器件（IGBT ）1. 绝缘栅双极晶体管（IGBT ）概述GTR 和GTO 是双极型电流驱动器件，由于具有电导调制效应，所以其通流能力很强，但开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。
而电力MOSFET 是单极型电压驱动器件，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。
将这两类器件相互取长补短适当结合而成的复合器件，通常称为Bi-MOS 器件。
绝缘栅双极晶体管综合了GTR 和MOSFET 的优点，因而具有良好的特性。
因此，自其1986年开始投入市场，就迅速扩展了其应用领域，目前已取代了原来GTR 和一部分电力MOSFET 的市场，成为中小功率电力电子设备的主导器件，并在继续努力提高电压和电流容量，以期再取代GTO 的地位。
2. IGBT 的结构和工作原理IGBT 也是三端器件，具有栅极G 、集电极C 和发射极E 。
图2-1给出了一种由N 沟道VDMOSFET 与双极型晶体管组合而成的IGBT 的基本结构的简化等效电路，可以看出这是用双极型晶体管与MOSFET 组成的达林顿结构，相当于一个由MOSFET 驱动的厚基区PNP 晶体管。
图中R N 为晶体管基区内的调制电阻。
因此，IGBT 的驱动原理与电力MOSFET 基本相同，它是一种场控器件。
其开通和关断是由栅极和发射极间的电压u GE 决定的，当u GE 为正且大于开启电压U GE(th)时，MOSFET 内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而使IGBT 导通。
由于前面提到的电导调制效应，使得电阻R N 减小，这样高耐压的IGBT 也具有很小的通态压降。
当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号时，MOSFET 内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，使得IGBT 关断。
图2-1 IGBT 的简化等效电路以上所述PNP 晶体管与N 沟道MOSFET 组合而成的IGBT 称为N 沟道IGBT ，记为N-IGBT ，其电气图形符号如图2-2所示。
相应的还有P 沟道IGBT ，记为P-IGBT 。
CG图2-2 IGBT 的电气图形符号3. IGBT 的基本特性1) 静态特性图2-3a 所示为IGBT 的转移特性，它描述的是集电极电流I C 与栅射电压U GE 之间的关系，与电力MOSFET 的转移特性类似。
开启电压U GE(TH)是IGBT 能实现电导调制而导通的最低栅射电压。
U GE(TH)随温度升高而略有下降，温度每升高1摄氏度，其值下降5mV 左右。
在±25摄氏度时，U GE(TH)的值一般为2~6V 。
图2-3b 所示为IGBT 的输出特性，也称伏安特性，它描述的是以栅射电压为参考变量时，集电极电流I C 与集射极间电压U CE 之间的关系。
此特性与GTR 的输出特性相似，不同的是参考变量，IGBT 为栅射电压U GE ,而GTR 为基极电流I B 。
IGBT 的输出特性也分为三个区域；正向阻断区、有源区和饱和区。
这分别与GTR 的截止区、放大区和饱和区相对应。
此外，当u CE <0时，IGBT 为反向阻断工作状态。
在电力电子电路中，IGBT 工作在开关状态，因而是在正向阻断区和饱和区之间来回转换。
a 转移特性b 输出特性图2-3 IGBT 的转移特性和输出特性2) 动态特性IGBT 的开通过程与电力MOSFET 的开通过程很相似，这是因为IGBT 在开通过程中大部分时间是作为MOSFET 来运行的。
从驱动电压u GE 的前沿上升至其幅值的10%的时刻，到集电极电流i C 上升至其幅值的10%的时刻止，这段时间为开通延迟时间t d(on)。
而i C 从10%I CM 上升至90% I CM 所需时间为电流上升时间t r 。
同样，开通时间t on 为开通延迟时间与电流上升时间之和。
开通时，集射电压u CE 的下降过程分为t fv1和t fv2两段。
前者为IGBT 中MOSFET 单独工作的电压下降过程；后者为Urm 反向阻断区0Ufm UceUge(th)Uge 增加有源区Ic 饱和区正向阻断区0Uge(th)Uge Ic CGEMOSFET和PNP晶体管同时工作的电压下降过程。
由于u CE下降时IGBT中MOSFET 的栅漏电容增加，而且IGBT中的PNP晶体管由放大状态转入饱和状态也需要一个过程，因此t fv2段电压下降过程变缓。
只有在t fv2段结束时，IGBT才完全进入饱和状态。
IGBT关断时，从驱动电压u GE的脉冲后沿下降到其幅值的90%的时刻起，到集电极电流下降至90% I CM止，这段时间为关断延迟时间t d(off)；集电极电流从90% I CM下降至10% I CM的这段时间为电流下降时间。
二者之和为关断时间t off。
电流下降时间可以分为t fi1和t fi2两段。
其中t fi1对应IGBT内部的MOSFET的关断过程，这段时间集电极电流i C下降较快；t fi2对应IGBT的内部的PNP晶体管的关断过程，这段时间内MOSFET已经关断，IGBT又无反向电压，所以N基区的少子复合缓慢，造成i C下降较慢。
由于此时集射电压已经建立，因此较长的电流下降时间会产生较大的关断损耗。
为解决这一问题，可以与GTR一样通过减轻饱和程度来缩短电流下降时间，不过同样也需要与通态压降折衷。
可以看出，IGBT中双极型PNP晶体管的存在，虽然带来了电导调制效应的好处，但也引入了少子储存现象，因而IGBT的开关速度要低于电力MOSFET。
此外，IGBT的击穿电压、通态压降和关断时间也是需要折衷的参数。
高压器件的N基区必须有足够宽度和较高电阻率，这会引起通态压降的增大和关断时间的延长。
4. IGBT的主要参数除了前面提到的各参数之外，IGBT的主要参数还包括：1) 最大集射极间电压U CES这是由器件内部的PNP晶体管所能承受的击穿电压所确定的。
2) 最大集电极电流包括额定直流电流I C和1ms脉宽最大电流I CP。
3) 最大集电极功耗P CM在正常工作温度下允许的最大耗散功率。
IGBT的特性和参数特点可以总结如下：1) IGBT开关速度高，开关损耗小。