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1、請(qǐng)問怎么確定IR2110能驅(qū)動(dòng)多大的 MOS管???手冊(cè)上IR2110的輸出電壓是10-20V,電流 是2A,MOS管是電壓驅(qū)動(dòng)型,要 2A的電流有什么用啊?IR2110的應(yīng)用摘要=仆紹了IR2110的內(nèi)鄒結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),高壓側(cè)懸浮驅(qū)動(dòng)的原理和自舉元 件的設(shè)汁匕 miR2110的不足提出了幾種擴(kuò)慝應(yīng)用的方究,并蛉出了應(yīng)用實(shí)例*關(guān)犍詞:懸浮驅(qū)動(dòng);樞電荷J自舉;絕緣門極1引言可二率變換裝置屮,根據(jù)主電路的結(jié)構(gòu),其功率開關(guān)器件一般采用直接驅(qū)動(dòng) 和隔離驅(qū)動(dòng)兩種方式。采用隔離驅(qū)動(dòng)方式時(shí)需要將多路驅(qū)動(dòng)電路*控制電路、主 電翩互川鬲離.以免引起災(zāi)蘇性的厲果畫離驅(qū)動(dòng)可分為電磁輻離印光電隔離兩 種方式.光電詢蠱具有體
2、積小*結(jié)構(gòu)聞單等優(yōu)點(diǎn).但存在共模抑制能力差.傳輸速度 慢的缺蠱七快速光耦的罐度也僅兒十舶鎳電磁隔離用脈沖變壓器作為隔離元件,具有響應(yīng)速度快(脈沖的前沿和后沿幾 原副邊的絕緣強(qiáng)度克.ch/dt共模擾抑制能力強(qiáng).但信號(hào)刖雖大傳諭宣友受磋 飽和特性的限制,因而信號(hào)的頂部不易傳輸。而且量大占空比被限制在50跖.而 且信號(hào)的長(zhǎng)小邀度乂受憊化電汎所限=駅沖變壓器懺積大,冬重+加工復(fù)雜=凡是隔離驅(qū)動(dòng)方式,每堵驅(qū)動(dòng)都要一組輔助電源”若是三相橋式變換器.則 需翌六組.而且還耳互相懸浮,增加了電第的芟雜性:逋著驅(qū)動(dòng)技術(shù)的不斷成熟, 已有多種集成厚嶷驅(qū)動(dòng)器推出.AIEXB840/84K EXB85O/05K M57
3、959L/AL> 怕aw,訂-馬 徑鯊.,工.丨"川-朋辱卜冰尊占巧:応il_I久電用柑廿Vhn Vcv輸入級(jí)FWifi22SD卩i丄rl.dirg述L*圖1IR2110的內(nèi)部功能框圖圖2半橋驅(qū)動(dòng)電路3高壓側(cè)懸浮驅(qū)動(dòng)的自舉原理IR2110用于驅(qū)動(dòng)半橋的電路如圖2所示。圖屮Cl. VD1分別為自舉電容和二 極管,C2為YCC的濾波電容.假定在S1關(guān)斷期間C1已充到足夠的電壓(VCl KC)當(dāng)HIN為高電平時(shí)VM1開通,VM2關(guān)斷,VC1加到S1的門極和發(fā)射極Z間,C1通過VM1, Rgl和S1門極柵極電容Cgcl放電,Cgcl被充電.此時(shí)VC1可 等效為一個(gè)電壓源.當(dāng)HIN為低電
4、平時(shí),門12開通,VM1斷開,S1柵電荷經(jīng)Rgl、 VM2迅速釋放,S1關(guān)斷.經(jīng)短暫的死區(qū)時(shí)間(td)之.后,LIN為高電平,S2開通,CC經(jīng)VD1, S2給C1充電,迅速為C1補(bǔ)充能量.如此循環(huán)反復(fù).4自舉元器件的分析與設(shè)計(jì)如圖2所示自舉二極管(VD1)和電容(C1)是IR2110在PWM應(yīng)用時(shí)需要嚴(yán) 格挑選和設(shè)計(jì)的元器件,應(yīng)根據(jù)一定的規(guī)則進(jìn)行計(jì)算分析。在電賂實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行一 些調(diào)整,使電貉工作在最佳狀態(tài)。4.1自舉電容的設(shè)計(jì)IGBT和PA (POHERMOSFET )具有相似的門極待性。開通時(shí),需要在極短的時(shí) 間內(nèi)向門極提供足夠的柵電荷。假定在器件開通后,自舉電容兩端電壓比器件充 分導(dǎo)通所需要
5、的電壓(10V,高壓側(cè)鎖定電壓為8. 7/8. 3V)要高:再假定在自舉電容充電路徑上有1."的壓降(包括YD1的正向壓降);最后假定有1/2的概電壓 (枇極門檻電壓VTH通常35丫因泄漏電流引起電壓降.綜合上述條件,此時(shí)對(duì) 應(yīng)的自舉電容可用下式表示:Cl= (1)工程應(yīng)用則MZCl>2Qg/(VCC-10-l. 5)例如FVJI50A/600VIGBT充分導(dǎo)通時(shí)所需要的柵電荷Qg=250nC (可由待性曲線 査得),VCC=15V,那么=2X250X10-9/(15-10-1. 5)=1.4X10-7F可取CB0.22UF或更大一點(diǎn)的,且耐壓大于35丫的鋰電容。4. 2懸浮驅(qū)
6、動(dòng)的量寬導(dǎo)通時(shí)間ton(max)當(dāng)最K的導(dǎo)通時(shí)間結(jié)束時(shí),功率器件的門極電壓Ze仍必須足夠高,即必須滿足 式(1)的約束關(guān)系。不論P(yáng)l還是IGBT,因?yàn)榻^緣門極輸入阻抗比較高,假設(shè)柵 電容(Cge)充電后,在VCC=15V時(shí)有15uA的漏電流(IgQs)從Cl中抽取。仍 以4.1 中設(shè)計(jì)的參數(shù)為例,Qg=250nC, AU=VCC-10-1. 5=3. 5V,Qavail= AUXC=3. 5 X 0. 22=0. 77 n C o 則過剩電荷 SO. 77 一 0. 25=0. 52 u C , A Uc= A Q/C=O. 52/0.22=2. 36V,可得Uc=10 - 2. 36=12.
7、 36V,由及椰極輸入阻抗R=1M Q可求出t (即ton (max),由=1.236可求出ton (max) =106 X0. 22 X 106236=46.6ms4. 3懸:浮驅(qū)動(dòng)的最窄導(dǎo)通時(shí)間ton (min)在自舉電容的充電賂徑上,分布電感影響了充電的速率.卜管的最窄導(dǎo)通時(shí) 間應(yīng)保證自舉電容能夠充足夠的電荷,以滿足Cge所需要的電荷量再加上功率器 件穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通時(shí)漏電流所失去的電荷量.因此從最窄導(dǎo)通時(shí)間ton (min)考慮,自舉+ 宀 LJ 2 J.io1Vb IIH>SO、SV .Vi<LVsCCA!i-KI?/&2VJ1N4I-ISX2圖3具有負(fù)偏壓的IR2110
8、驅(qū)動(dòng)電賂6 640(時(shí)岀巾::美【+CR公司生產(chǎn)的【吃110騾動(dòng)器.它兼右'光耦義離(憶積小利電啟牯農(nóng) (連度快的優(yōu)點(diǎn)*是屮小功率變換裝置屮腿動(dòng)髀件的首選品種.2 IR2110內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)IR2U0采用UVIC和門鎖抗TitCMOS制造工藝、DIP11具何獨(dú)立的低端和商端柚入通道;忌浮電源采用自舉電幣,其高端工作電壓可達(dá)500V, cv/dt= ±50V/ns. 15V卜-靜態(tài)功UllSraW;笹出的屯源妊弭13、即功率器件的柵極馳動(dòng) 電壓)電玉范RIO20V:邏粧電源屯壓范Efi5 15W 町方便i豈與TTL* CMOS電平相匹血.巾月邏輯電鴻地和功率地Z間允許有的備移磊
9、:工作頻率高. 可達(dá)500kH:開通、關(guān)斷址遲小,分別為120ns和圏擄性輸出呼慎 電漩為IR2110的內(nèi)部功能框圖対圖I所示.由三個(gè)部分組磺:邏輯輸入.電平平移 及輸山保護(hù)=如上所述IR2II0的峙點(diǎn),河収為叢盍的設(shè)訐帯來許秦方便.尤梵是 高端懸浮自舉電源的咸功設(shè)計(jì),可以大大減少駆動(dòng)電源的數(shù)目,三相橋式變換器, 僅用一紐電源即可=隨著PWM技術(shù)在變頻、逆變頻等領(lǐng)域的運(yùn)用越來越廣泛,以及IGBT、Power MOSFET等功率性開關(guān)器件的快速發(fā)展,使得PWM控制的高壓大功率電源向著小型化、高頻化、智能化、高效率方向發(fā)展。本文采用電壓脈寬型 PWM控制芯片SG3525A,以及高壓懸浮驅(qū)動(dòng)器IR2
10、110,用功率開關(guān)器件IGBT模 塊方案實(shí)現(xiàn)高頻逆變電源。另外,用單片機(jī)控制技術(shù)對(duì)此電源進(jìn)行控制,使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的數(shù)字智能化。SG3525A性能和結(jié)構(gòu)SG3525A是電壓型PWM集成控制器,外接元器件少,性能好,包括開關(guān)穩(wěn)壓所需的全部控制電路。其主要特性包括:外同步、軟啟動(dòng)功能;死區(qū)調(diào)節(jié)、欠壓鎖定功能;誤差放大以及關(guān)閉輸岀驅(qū)動(dòng)信號(hào)等功能;輸出級(jí)采用推挽式電路結(jié)構(gòu),關(guān)斷速度快,輸出電流±400mA ;可提供精密度為5V+1%的基準(zhǔn)電壓;開關(guān)頻率范圍100Hz400KHZ。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括基準(zhǔn)電壓源、欠壓鎖定電路、鋸齒波振蕩器、誤差放 大器等,如圖1所示。IR2110
11、性能和結(jié)構(gòu)IR2110是美國(guó)IR公司生產(chǎn)的高壓、高速 PMOSFET和IGBT的理想驅(qū)動(dòng)器。該芯片采用 HVIC和閂 鎖抗干擾制造工藝,集成 DIP、SOIC封裝。其主要特性包括:懸浮通道電源采用自舉電路,其電壓最高可 達(dá)500V ;功率器件柵極驅(qū)動(dòng)電壓范圍10V20V ;輸出電流峰值為2A;邏輯電源范圍5V20V,而且邏輯電源地和功率地之間允許 +5V的偏移量;帶有下拉電阻的 COMS施密特輸入端,可以方便地與LSTTL和CMOS電平匹配;獨(dú)立的低端和高端輸入通道,具有欠電壓同時(shí)鎖定兩通道功能;兩通道的匹配延時(shí)為10ns ;開關(guān)通斷延時(shí)小,分別為120ns和90ns;工作頻率達(dá)500kHz。
12、其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括邏輯輸入,電平轉(zhuǎn)換及輸岀保護(hù)等,如圖2所示。設(shè)計(jì)原理高壓側(cè)懸浮驅(qū)動(dòng)的自舉原理IR2110用于驅(qū)動(dòng)半橋的電路如圖3所示。圖中C1、VD1分別為自舉電容和二極管,C2為VCC的濾波電容。假定在 S1關(guān)斷期間,C1已充到足夠的電壓 VC1-VCC。當(dāng)HIN為高電平時(shí),VM1開通,VM2 關(guān)斷,VC1加到S1的門極和發(fā)射極之間,C1通過VM1、Rg1和S1門極柵極電容 Cgc1放電,Cgc1被 充電。此時(shí)VC1可等效為一個(gè)電壓源。當(dāng) HIN為低電平時(shí),VM2開通,VM1斷開,S1柵極電荷經(jīng)Rg1、 VM2迅速釋放,S1關(guān)斷。經(jīng)短暫的死區(qū)時(shí)間(td)之后,UN為高電平,S2開通,VCC
13、經(jīng)VD1、S2給C1 充電,迅速為C1補(bǔ)充能量。如此循環(huán)反復(fù)。自舉元件設(shè)計(jì)自舉二極管(VD1)和電容(C1)是IR2110在PWM應(yīng)用時(shí)需要嚴(yán)格挑選和設(shè)計(jì)的元器件,應(yīng)根據(jù)一定的 規(guī)則對(duì)其進(jìn)行調(diào)整,使電路工作在最佳狀態(tài)。在工程應(yīng)用中,取自舉電容 C1>2Qg/(VCC-10-1.5)。式中,Qg為IGBT門極提供的柵電荷。假定自舉 電容充電路徑上有1.5V的壓降(包括VD1的正向壓降),則在器件開通后,自舉電容兩端電壓比器件充分導(dǎo) 通所需要的電壓(10V)要高。同時(shí),在選擇自舉電容大小時(shí),應(yīng)綜合考慮懸浮驅(qū)動(dòng)的最寬導(dǎo)通時(shí)間ton(max)和最窄導(dǎo)通時(shí)間ton(min)。導(dǎo)通時(shí)間既不能太大影響
14、窄脈沖的驅(qū)動(dòng)性能,也不能太小而影響寬脈沖的驅(qū)動(dòng)要求。根據(jù)功率器件的工作 頻率、開關(guān)速度、門極特性對(duì)導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行選擇,估算后經(jīng)調(diào)試而定。VD1主要用于阻斷直流干線上的高壓,其承受的電流是柵極電荷與開關(guān)頻率之積。為了減少電荷損失,應(yīng) 選擇反向漏電流小的二極管。運(yùn)用SG3525A和IR2110構(gòu)成的高頻逆變主電路圖高頻逆變主電路如圖 4所示,逆變高壓電路由全橋驅(qū)動(dòng)組成。功率開關(guān)Q1Q4采用IGBT模塊。逆變主電路把直流電壓 V1轉(zhuǎn)換為20kHz的高頻矩形波交流電壓送到高頻高壓變壓器T1,經(jīng)升壓整流濾波后提供給負(fù)載供電。電路通過控制PWM 1和PWM2的占空比,來得到脈寬可調(diào)的矩形波交流電壓。VF為高
15、壓采樣端反饋到控制系統(tǒng)的電壓。摘 要:針對(duì)IGBT的半橋或者全橋的驅(qū)動(dòng),利用具有雙通道集成驅(qū)動(dòng)的IR2110來驅(qū)動(dòng)IGBT。對(duì)其自舉工作原理進(jìn)行了分析, 同時(shí)增加了柵極電平箝位電路, 克服了 IR2110不能產(chǎn)生負(fù)偏壓的缺點(diǎn), 并在2 kW、 400 V汽車直流充電器中以此驅(qū)動(dòng) IKW40N120T2電路的試驗(yàn)中驗(yàn)證了其理論分析的正確性。用于IGBT或功率MOSFET驅(qū)動(dòng)的集成芯片模塊中,應(yīng)用技術(shù)比較成熟的有東芝 LP250、富士 EXB8系列、三菱M579系列等,但是這些模塊都是單驅(qū)動(dòng),如果要驅(qū)動(dòng)全橋結(jié)構(gòu)的逆變電源則需要4個(gè)隔離的驅(qū)動(dòng)模塊,不但費(fèi)用高、而且體積大。美國(guó)IR公司推出的高壓浮動(dòng)驅(qū)
16、動(dòng)集成模塊IR2110是一種新型的功率MOSFET或IGBT驅(qū)動(dòng)模塊,它本身允許驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓上升率達(dá)±50 V/卩,極大地減小了功率開關(guān)器件的開關(guān)損耗。此外,由于IR2110采用自舉法實(shí)現(xiàn)高壓浮動(dòng)?xùn)艠O雙通道驅(qū)動(dòng),因此可以驅(qū)動(dòng)500 V以內(nèi)的同一相橋臂的上下兩個(gè)開關(guān)管,減小了裝置體積,節(jié)省了成本。1 IR2110自舉電路工作原理分析自舉電路如圖1所示,其工作原理如下:Q2導(dǎo)通期間將Vs的電位拉低到地,Vcc通過自舉電阻Rbs和自舉二極管Dbs給自舉電容Cbs充電,通過電容Cbs在Vb和Vs之間形成一個(gè)懸浮電源給上橋臂主開 關(guān)器件Q1供電。自舉電路的存在使同一橋臂上、下主開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電
17、路只需一個(gè)外接電源。2 IR2110柵極電平箝位電路由于IR2110不能產(chǎn)生負(fù)偏壓,將它用于驅(qū)動(dòng)橋式電路時(shí),由于密勒效應(yīng)的存在,在開通與關(guān)斷時(shí)刻,集電極與柵極間的寄生電容有位移電流產(chǎn)生,容易在柵極上產(chǎn)生干擾。特別是在大功率情況下,關(guān)斷電流較大,IR2110驅(qū)動(dòng)輸出阻抗不夠小,沿柵極灌入的位移電流會(huì)在驅(qū)動(dòng)電壓上疊加形成比較嚴(yán)重的毛刺干擾。如果該干擾超過IGBT的最小開通電壓,將會(huì)造成橋臂瞬間短路。而本文設(shè)計(jì)的柵極電平箝位電路則解決 了由于IR2110不能產(chǎn)生負(fù)偏壓而引起的橋臂短路現(xiàn)象。柵極電平箝位電路如圖2所示。在上管開通期間,驅(qū)動(dòng)信號(hào)使 V1導(dǎo)通,V2截止,正常驅(qū)動(dòng)IGBT ;上管關(guān)斷期間,V
18、1截止,V2導(dǎo)通, 將驅(qū)動(dòng)輸岀拉到零電平。這樣,由于密勒效應(yīng)產(chǎn)生的電流將從V2中流過,柵極上的毛刺就可以大大減小,從而避免了橋臂短路現(xiàn)象的出現(xiàn)。3應(yīng)用IR2110驅(qū)動(dòng)的2 kW、400 V汽車直流充電器應(yīng)用于2 kW、400 V汽車直流充電器中的IR2110驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。由圖3可見,用1片IR2110就可對(duì)半橋進(jìn)行觸發(fā),并且實(shí)現(xiàn)了自舉作用,同時(shí)通過設(shè)置柵極電平箝位電路,克服了由于IR2110不能產(chǎn)生負(fù)偏壓而容易引起橋臂短路的缺點(diǎn)。4實(shí)驗(yàn)結(jié)果在2 kW、400 V汽車直流充電器的全橋逆變電源中,采用IR2110驅(qū)動(dòng)IKW40N120T2電路,開關(guān)工作頻率為38.3 kHz,交流輸入為125
19、250 V,直流輸出400 V,實(shí)驗(yàn)證明此驅(qū)動(dòng)電路對(duì) IGBT全橋逆變電 路的驅(qū)動(dòng)是非常好的。IR2110的雙通道驅(qū)動(dòng)輸岀如圖 4所示。本文介紹了 IR2110在橋式逆變電路驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用, 通過改進(jìn)后的帶有柵極電平的箝位電路, 在避免出現(xiàn)由 于密勒效應(yīng)而造成的IGBT短路中達(dá)到了很好的效果,并且通過在 2 kW、400 V汽車直流充電器中的實(shí)際 應(yīng)用,驗(yàn)證了修改過的IR2110驅(qū)動(dòng)電路的可行性,同時(shí)說明了該驅(qū)動(dòng)電路具有體積小、成本低、電路簡(jiǎn)單、 實(shí)用性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。相關(guān)的資料:IR2110中文資料pdf,應(yīng)用電路資料 隨著各種用電設(shè)備的飛速發(fā)展,特別是通訊產(chǎn)業(yè)的突飛猛進(jìn),對(duì)電源不斷地提出新
20、的要求:電功率要求不斷加大;電壓調(diào)節(jié)范圍要求越來越大;電流的穩(wěn)定性要求越來越高;紋波與噪 聲要求越來越低;體積要求越來越小等。為了適應(yīng)這種現(xiàn)狀,開關(guān)電源的產(chǎn)生與發(fā)展成為了 必然。采用開關(guān)電源主要是因?yàn)殚_關(guān)但是在整個(gè)研制過程中發(fā)現(xiàn)驅(qū)由于遠(yuǎn)程供電的需要,需研制一臺(tái)高壓大功率直流開關(guān)電源。電源功率可以做大、電壓可以做高、電壓調(diào)節(jié)范圍可以做廣。動(dòng)電路是比較困難且重要的環(huán)節(jié)。目前開關(guān)電源的國(guó)內(nèi)外發(fā)展速度很快,技術(shù)非常成熟。20世紀(jì)90年代以來,高頻變換技術(shù)飛速地發(fā)展,不斷涌現(xiàn)了新型電力電子器件,高智能化IC和新電路拓?fù)?,?chuàng)造出10年前意想不到的許多新型穩(wěn)壓電源?,F(xiàn)代電源技術(shù)正以空前的規(guī)模改造著傳統(tǒng)的舊式
21、電器設(shè)備,廣泛進(jìn)入了國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人類生活的各個(gè)領(lǐng)域。l驅(qū)動(dòng)電路的功能與特點(diǎn)開關(guān)電源的形式與種類很多,盡管各種不同的開關(guān)電源能達(dá)到的性能指標(biāo)也各不相同,但總是由以下幾個(gè)部分組成:(1) 控制單元 一般都是由專門的集成電路擔(dān)當(dāng)這部分工作,也有用單片機(jī)、 DPS 作為控制單元核心的, 視具體需要而定。(2) 功率元件目前一般使用 IGBT 和 MOSFET ;一般高頻中小功率情況下用場(chǎng)效應(yīng)管,大功率情況下用IGBT ,其電路結(jié)構(gòu)上大同小異,柵極高電平(一般是1020 V,常用的是15 V)導(dǎo)通,低電平(一50 V)截止。其作用是開關(guān)電源的核心。(3) 驅(qū)動(dòng)電路這部分是開關(guān)電源的靈魂,是連接控制單元與功
22、率管的橋梁??刂茊卧鰜淼碾娖揭话?無法直接驅(qū)動(dòng)功率管,需要有一個(gè)電平的轉(zhuǎn)換及電流驅(qū)動(dòng);對(duì)于驅(qū)動(dòng)電路而言,功率管 的柵極即為負(fù)載,一般的功率管柵源之間有一個(gè)寄生電容,故驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)載是一個(gè)容 性負(fù)載,若驅(qū)動(dòng)電流不夠,或提高頻率,方波會(huì)產(chǎn)生畸變,無法達(dá)到設(shè)計(jì)目的。因此功 率電子的驅(qū)動(dòng)是整個(gè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn),也是難點(diǎn)。開關(guān)穩(wěn)壓電源中的功率開關(guān)管要求在關(guān)斷時(shí)能迅速關(guān)斷,并能維持關(guān)斷期間的漏電流近似等于零; 在導(dǎo)通時(shí)要求能迅速導(dǎo)通, 并且維持導(dǎo)通期間的管壓降也近似等于零。開關(guān)管趨于關(guān)斷時(shí)的下降時(shí)間和趨于導(dǎo)通時(shí)的上升時(shí)間的快慢是降低開關(guān)晶體管損耗功率,提高開關(guān)穩(wěn)壓電源效率的主要因素。要縮短這兩個(gè)時(shí)間,除選擇高
23、反壓、高速度、大功率開關(guān)管以外,主 要還取決于加在開關(guān)管柵極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。驅(qū)動(dòng)波形的要求如下: 驅(qū)動(dòng)波形的正向邊緣一定要陡,幅度要大,以便減小開關(guān)管趨于導(dǎo)通時(shí)的上升時(shí)間; 在維持導(dǎo)通期間內(nèi), 要能保證開關(guān)管處在飽和導(dǎo)通狀態(tài), 以減小開關(guān)管的正向?qū)ü軌航担?從而降低導(dǎo)通期間開關(guān)管的集電極功率損耗; 當(dāng)正向驅(qū)動(dòng)結(jié)束時(shí),驅(qū)動(dòng)幅度要減小, 以便使開關(guān)管能很快地脫離飽和區(qū), 以減小關(guān)閉儲(chǔ)存時(shí)問; 驅(qū)動(dòng)波形的下降邊緣也一定要陡,幅度要大,以便減小開關(guān)管趨于截止時(shí)的下降時(shí)間。理想的驅(qū)動(dòng)波形如圖1所示。其中圖1(a)是漏極電壓和電流波形圖,圖1(b)是柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形圖。陽(yáng)I理想的櫥楓覘動(dòng)仕號(hào)誡殆陽(yáng)2 IR2
24、110 柵極驅(qū)動(dòng)抗干擾技術(shù)IR2110 是一種雙通道高壓、高速電壓型功率開關(guān)器件柵極驅(qū)動(dòng)器,具有自居浮動(dòng)電源,驅(qū)動(dòng)電路十分簡(jiǎn)單,只用一個(gè)電源可同時(shí)驅(qū)動(dòng)上下橋臂。但是IR2110 芯片有他本身的缺陷,不能產(chǎn)生負(fù)壓,在抗擾方面比較薄弱,以下詳細(xì)結(jié)合實(shí)驗(yàn)介紹抗干擾技術(shù)。2 . 1芯片功能簡(jiǎn)介IR2110 包括:邏輯輸入、電平轉(zhuǎn)換、保護(hù)、上橋臂側(cè)輸出和下橋臂側(cè)輸出。邏輯輸入端采用施密特觸發(fā)電路,提高抗干擾能力。輸入邏輯電路與TTL / COMS電平兼容,其輸入引腳閾值為電源電壓 Vdd的10 %,各通道相對(duì)獨(dú)立。由于邏輯信號(hào)均通過電平耦合電路連接 到各自的通道上,允許邏輯電路參考地(VSS)與功率電路
25、參考地(COM)之間有5 V+ 5V的偏移量,并且能屏蔽小于50 ns脈沖,這樣便具有較理想的抗噪聲效果。兩個(gè)高壓MOS管推挽驅(qū)動(dòng)器的最大灌入或輸出電流可達(dá)2 A,上橋臂通道可以承受 500 V的電壓。輸入與輸出信號(hào)之間的傳導(dǎo)延時(shí)較小,開通傳導(dǎo)延時(shí)為120 ns,關(guān)斷傳導(dǎo)延時(shí)為 95 ns。電源VCC典型值為15 V,邏輯電源和模擬電源共用一個(gè)15 V電源,邏輯地和模擬地接在一起。輸出端設(shè)有對(duì)功率電源VCC的欠壓保護(hù),當(dāng)小于 8 . 2 V時(shí),封鎖驅(qū)動(dòng)輸出。IR2110 具有很多優(yōu)點(diǎn):自舉懸浮驅(qū)動(dòng)電源可同時(shí)驅(qū)動(dòng)同一橋臂的上、下兩個(gè)開關(guān)器件,驅(qū)動(dòng)500 V主電路系統(tǒng),工作頻率高,可以達(dá)到500
26、kHz ;具有電源欠壓保護(hù)相關(guān)斷邏輯;輸出用圖騰柱結(jié)構(gòu),驅(qū)動(dòng)峰值電流為2 A;兩通道設(shè)有低壓延時(shí)封鎖 (50 ns)。芯片還有一個(gè)封鎖兩路輸出的保護(hù)端SD,在SD輸入高電平時(shí),兩路輸出均被封鎖。IR2110的優(yōu)點(diǎn),給實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了極大方便,特別是自舉懸浮驅(qū)動(dòng)電源大大簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì),只用一路電源即可完成上下橋臂兩個(gè)功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)。IR2110 的典型應(yīng)用電路如圖 2所示。但是在這種電路的使用上存在很大的問題,當(dāng)高壓側(cè)電壓緩慢地往上升時(shí)可以清楚地看見毛刺越來越嚴(yán)重,電壓很低時(shí)管子發(fā)熱嚴(yán)重,芯片很容易燒掉。這些問題都是由于2 11 0自身的一些不足產(chǎn)生的,IR2110不能產(chǎn)生負(fù)偏壓,如果
27、用于驅(qū)動(dòng)橋式電路,在半橋電感負(fù)載電路下運(yùn)行,處于關(guān)斷狀態(tài)下的IGBT,由于其反并聯(lián)二極管的恢復(fù)過程,將承受C-E電壓的急劇上升。此靜態(tài)的dv /dt通常比IGBT關(guān)斷時(shí)的上升率高。由于密勒效應(yīng),此dv/dt在集電極,柵極問電容內(nèi)產(chǎn)生電流,流向柵極驅(qū)動(dòng)電路,如圖3所示。雖然在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)柵極電壓 Vg為零,由于柵極電路的阻抗 (柵極限流電阻Rg,引線電感Lg),該電流令 VGE增加,趨向于 VGE(th)。最嚴(yán)重的情況是該電壓達(dá)到閾值電壓,使IGBT導(dǎo)通,導(dǎo)致橋臂短路。IR2110驅(qū)動(dòng)輸出阻抗不夠小,沿柵極的灌人電流會(huì)在驅(qū)動(dòng)電壓上加上比較嚴(yán)重的毛刺干擾。圖A . (hr. (If對(duì)掃械電賂的用響2
28、 . 2 IR2110 改進(jìn)抗干擾電路2 . 2 . 1帶電平箝位的IR2110 驅(qū)動(dòng)電路 針對(duì)IR2110 的不足,對(duì)輸出驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了改進(jìn),可以采用在柵極限流電阻上反并聯(lián)一個(gè)二極管,但在大功率的環(huán)境下不太明顯。本文介紹的第一種方法就是下面如圖4所示電路。在關(guān)斷期間將柵極驅(qū)動(dòng)電平箝位到零電平。在橋臂上管開通期間驅(qū)動(dòng)信號(hào)使Q1導(dǎo)通、Q2截止,正常驅(qū)動(dòng)。上管關(guān)斷期間,Q1截止,Q2柵極高電平,導(dǎo)通,將上管柵極電位拉到低電平(三極管的飽和壓降)。這樣,由于密勒效應(yīng)產(chǎn)生的電流從Q2中流過,柵極驅(qū)動(dòng)上的毛刺可以大大的減小。下管工作原理與上管完全相同,不再累述。HTHLX2 . 2 . 2 IR2110
29、 負(fù)壓產(chǎn)生電路在大功率IGBT場(chǎng)合,各路驅(qū)動(dòng)電源獨(dú)立,集成驅(qū)動(dòng)芯片一般都有產(chǎn)生負(fù)壓得功能,如EXB841系列,M57957 系列等,在IGBT關(guān)斷期間柵極上施加一個(gè)負(fù)電壓,一般為 3 5 V。其作用也是為了增強(qiáng) IGBT關(guān)斷的可靠性。防止由于密勒效應(yīng)而造成的誤導(dǎo)通。IR2110芯片內(nèi)部雖然沒有產(chǎn)生負(fù)壓功能,但可以通過外加幾個(gè)無源器件來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生負(fù)壓得功能,如圖5所示。在上下管驅(qū)動(dòng)電路中均加上由電容和5 V穩(wěn)壓管組成的負(fù)壓電路。其工作原理為:電源電壓為 20 V,在上電期間,電源通過Rg給Cg充電,Cg保持5 V的電壓,在LIN為高電平的時(shí)候,LO輸出0 V,此時(shí)S2柵極上的電壓為一5 V,從而實(shí)
30、現(xiàn)了關(guān)斷 時(shí)負(fù)壓。對(duì)于上管S1, HIN為高電平時(shí),H0輸出為20 V,加在柵極上的電壓為 15 V。當(dāng)HIN為低電 平時(shí),HC輸出0 V , S1柵極為一5 V。IGBT為電壓型驅(qū)動(dòng)器件,所以負(fù)壓負(fù)壓電容C5, C6上的電壓波動(dòng)較小,維持在 5 V,自舉電容上的電壓也維持在 20 V左右,只在下管 S2導(dǎo)通的瞬間有一個(gè)短暫的充電過程。IGBT的導(dǎo)通壓降一般小于 3 V ,負(fù)壓電容C5的充電在S2導(dǎo)通時(shí)完成。對(duì)于C5, C6的選擇, 要求大于IGBT柵極輸入寄生電容 Ciss。自舉電容電電路中的二極管 D1必須是快恢復(fù)二極管,應(yīng)留有足夠的電流余量。此電路與一般的帶負(fù)壓驅(qū)動(dòng)芯片產(chǎn)生負(fù)壓原理相同,
31、直流母線上疊加了 5 V的電壓。2. 2 . 3 IR2110結(jié)合隔離變壓器電路上面2種方法已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,但是也有他的缺點(diǎn),首先電路比最簡(jiǎn)單的應(yīng)用電路要復(fù)雜的多,其次所用的器件數(shù)目增多,成本增加,再次效果也并不是非常好,這主要是因?yàn)镮R2110芯片本身很容易受到開關(guān)管的影響。負(fù)載增大,電壓升高,IR2110的輸出波形就會(huì)變得很混亂,所以用常規(guī)的變壓器隔離和IR2110結(jié)合起來使用其電路圖如6所示,這種電路結(jié)合了經(jīng)典電路的部分內(nèi)容,大大地減小了負(fù)載對(duì)驅(qū)動(dòng)的影響,可以用于大功率場(chǎng)合,電路也比較簡(jiǎn)單,非常實(shí)用。其工作原理為:電源電壓為20 V,在上電期間,電源通過Rg給Cg充電,Cg保持5
32、V的電壓,在LIN為高電平的時(shí)候,LO輸出0 V,此時(shí)S2柵極上的電壓為一5 V ,從而實(shí)現(xiàn)了關(guān)斷 時(shí)負(fù)壓。對(duì)于上管S1, HIN為高電平時(shí),H0輸出為20 V,加在柵極上的電壓為 15 V。當(dāng)HIN為低電 平時(shí),HC輸出0 V , S1柵極為一5 V。IGBT為電壓型驅(qū)動(dòng)器件,所以負(fù)壓負(fù)壓電容C5, C6上的電壓波動(dòng)較小,維持在 5 V,自舉電容上的電壓也維持在 20 V左右,只在下管 S2導(dǎo)通的瞬間有一個(gè)短暫的充電過程。IGBT的導(dǎo)通壓降一般小于 3 V,負(fù)壓電容C5的充電在S2導(dǎo)通時(shí)完成。對(duì)于C5, C6的選擇, 要求大于IGBT柵極輸入寄生電容 Ciss。自舉電容電電路中的二極管 D1
33、必須是快恢復(fù)二極 管,應(yīng)留有足夠的電流余量。 此電路與一般的帶負(fù)壓驅(qū)動(dòng)芯片產(chǎn)生負(fù)壓原理相同,直流母線上疊加了 5 V的電壓。2. 2 . 3 IR2110結(jié)合隔離變壓器電路上面2種方法已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,但是也有他的缺點(diǎn),首先電路比最簡(jiǎn)單的應(yīng)用電路要復(fù)雜的多,其次所用的器件數(shù)目增多,成本增加,再次效果也并不是非常好,這主要是因?yàn)镮R2110芯片本身很容易受到開關(guān)管的影響。負(fù)載增大,電壓升高,IR2110的輸出波形就會(huì)變得很混亂,所以用常規(guī)的變壓器隔離和IR2110結(jié)合起來使用其電路圖如 6所示,這種電路結(jié)合了經(jīng)典電路的部分內(nèi)容,大大地減小 了負(fù)載對(duì)驅(qū)動(dòng)的影響,可以用于大功率場(chǎng)合,電路也比較簡(jiǎn)
34、單,非常實(shí)用。3結(jié)語(yǔ)各種各樣的IGBT驅(qū)動(dòng)電路都有他們的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),IR2110具有輕型、占用資源少、高可靠性、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。本文所提供的幾種抗干擾措施也應(yīng)該根據(jù)具體情況進(jìn)行 分析,當(dāng)然根據(jù)具體電路的不同應(yīng)該按照實(shí)際情況選擇電路,傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路也有他的優(yōu)點(diǎn),光電耦合器也可以廣泛使用。本文所提供的幾種抗干擾措施也應(yīng)該根據(jù)具體情況進(jìn)行分析,當(dāng)然根據(jù)具體電路的不同應(yīng)該按照實(shí)際情況選擇電路,傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路也有他優(yōu)點(diǎn),光電藕合器也可以廣泛使用。驅(qū)動(dòng)芯片IR2110功能簡(jiǎn)介您現(xiàn)在的位置是:主頁(yè)>>> 電子元器件資料 >>>正文在功率變換裝置中,根據(jù)主電路的
35、結(jié)構(gòu),起功率開關(guān)器件一般采用直接驅(qū) 動(dòng)和隔離驅(qū)動(dòng)兩種方式美國(guó)IR公司生產(chǎn)的IR2110驅(qū)動(dòng)器,兼有光耦隔離和電磁隔離的優(yōu)點(diǎn),是中小功率變換裝置中驅(qū)動(dòng)器件的首選IR2110引腳功能及特點(diǎn)簡(jiǎn)介內(nèi)部功能如圖4.18所示:LO (引腳1):低端輸出COM (引腳2):公共端Vcc (引腳3):低端固定電源電壓Nc (引腳4):空端Vs (引腳5):高端浮置電源偏移電壓VB (引腳6):高端浮置電源電壓HO (引腳7):高端輸出Nc (引腳8):空端VDD (引腳9):邏輯電源電壓HIN (引腳10):邏輯高端輸入SD (引腳11):關(guān)斷LIN (引腳12):邏輯低端輸入Vss (引腳13):邏輯電路地
36、電位端,其值可以為 0VNc (引腳14):空端IR2110的特點(diǎn):(1)具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道。(2)懸浮電源采用自舉電路,其高端工作電壓可達(dá) 500V。(3)輸出的電源端(腳3)的電壓范圍為1020V。(4)邏輯電源的輸入范圍(腳 9) 5 15V,可方便的與TTL, CMOS電平相匹 配,而且邏輯電源地和功率電源地之間允許有 V 的便移量(5)工作頻率高,可達(dá) 500KHz 。(6)開通、關(guān)斷延遲小,分別為 120ns和94ns。( 7)圖騰柱輸出峰值電流 2A。IR2110 的工作原理IR2110 內(nèi)部功能由三部分組成:邏輯輸入;電平平移及輸出保護(hù)。如上所述 IR2110 的特點(diǎn)
37、,可以為裝置的設(shè)計(jì)帶來許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源的 設(shè)計(jì),可以大大減少驅(qū)動(dòng)電源的數(shù)目,即一組電源即可實(shí)現(xiàn)對(duì)上下端的控制。 高端側(cè)懸浮驅(qū)動(dòng)的自舉原理:IR2110 驅(qū)動(dòng)半橋的電路如圖所示, 其中 C1, VD1 分別為自舉電容和自舉二極管,C2為VCC的濾波電容。假定在S1關(guān)斷期間C1已經(jīng)充到足夠的電壓(VC1 VCC)。 當(dāng)HIN為高電平時(shí)如圖4.19 : VM1開通,VM2關(guān)斷,VC1力卩到S1的柵極和 源極之間, C1 通過 VM1 , Rg1 和柵極和源極形成回路放電,這時(shí) C1 就相當(dāng)于 一個(gè)電壓源,從而使 S1 導(dǎo)通。由于 LIN 與 HIN 是一對(duì)互補(bǔ)輸入信號(hào),所以此時(shí) LI
38、N為低電平,VM3關(guān)斷,VM4導(dǎo)通,這時(shí)聚集在S2柵極和源極的電荷在芯 片內(nèi)部通過Rg2迅速對(duì)地放電,由于死區(qū)時(shí)間影響使 S2在S1開通之前迅速關(guān) 斷。當(dāng) HIN 為低電平時(shí)如圖 4.20: VM1 關(guān)斷, VM2 導(dǎo)通,這時(shí)聚集在 S1 柵極和源 極的電荷在芯片內(nèi)部通過 Rg1迅速放電使S1關(guān)斷。經(jīng)過短暫的死區(qū)時(shí)間LIN為 高電平,VM3導(dǎo)通,VM4關(guān)斷使VCC經(jīng)過Rg2和S2的柵極和源極形成回路, 使S2開通。在此同時(shí)VCC經(jīng)自舉二極管,C1和S2形成回路,對(duì)C1進(jìn)行充電, 迅速為 C1 補(bǔ)充能量,如此循環(huán)反復(fù)。IGBT 的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路 本電源逆變橋 IGBT 的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路制成一塊線
39、路板,與逆變橋一起組成逆變單元模塊。M57959 是 IGBT 模塊的專用驅(qū)動(dòng)電路,最大可驅(qū)動(dòng) 400A/600V 的元件。該電路內(nèi)部 具有快速光耦隔離, 適合 20kHz 左右的高頻開關(guān)運(yùn)行 ,并且具有過流保護(hù)功能。驅(qū)動(dòng)電路 采用 15V/ 10V 雙電源供電,以提高抗干擾能力。驅(qū)動(dòng)電路前級(jí)為 PWM 信號(hào)處理電路, 它將控制電路傳送來的單路 PWM 信號(hào)經(jīng)電壓比 較器整形反相后,變?yōu)閮陕坊ゲ?180°的信號(hào),作為上下橋臂 IGBT 元件的控制信號(hào)。該信 號(hào)經(jīng)過死區(qū)電路,其上升沿被延時(shí) 34卩s,以保證上下橋臂導(dǎo)通具有不小于 3卩s的死區(qū), 然后才被送至驅(qū)動(dòng)電路。本電源驅(qū)動(dòng)板設(shè)有
40、IGBT 過流、功率器件過熱、直流母線欠壓三種保護(hù)。 IGBT 過流保 護(hù),由 M57959 內(nèi)部保護(hù)電路,通過檢測(cè) IGBT 的導(dǎo)通飽和壓降完成,過流保護(hù)閾值通過在 檢測(cè)回路串接穩(wěn)壓管來調(diào)整。單相橋電路四只 IGBT 元件的四路保護(hù)信號(hào),經(jīng)過與非門,變 為一路高電平故障信號(hào), 送至故障邏輯電路。 功率器件過熱保護(hù)通過在散熱器上安裝溫度繼 電器,過熱時(shí)給出斷開接點(diǎn)完成,溫度繼電器動(dòng)作值為75 C。直流母線欠壓保護(hù)電路當(dāng)電壓正常時(shí),檢測(cè)回路穩(wěn)壓管被擊穿開通,從而使與之串聯(lián)的光耦導(dǎo)通,副邊輸出低電平;當(dāng) 電壓過低時(shí),檢測(cè)回路穩(wěn)壓管阻斷,從而使串聯(lián)的光耦關(guān)斷,副邊輸出故障高電平;保護(hù)閾值由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓
41、值決定。驅(qū)動(dòng)板上的故障邏輯電路先將過流、欠壓信號(hào)通過D觸發(fā)器鎖存,然后將鎖存后的信號(hào)與過熱信號(hào)一起通過門電路綜合后,封鎖送至驅(qū)動(dòng)模塊的PWM脈沖,完成保護(hù)。同時(shí),綜合后的故障信號(hào)與過流、欠壓、過熱信號(hào)被送至控制電路,以完成電源系統(tǒng)*。如圖3所示,DC/AC變換采用單相輸岀,全橋逆變形式,為減小逆變電源的體積,降低成本,輸岀使用工頻 LC濾波。由4個(gè)IRF740構(gòu)成橋式逆變電路,IRF740最高耐壓400V,電流10A,功耗125W,利用半橋驅(qū)動(dòng)器IR2110提供驅(qū)動(dòng)信號(hào),其輸入波形由SG3524提供,同理可調(diào)節(jié)該SG3524的輸岀驅(qū)動(dòng)波形的 D<50 %,保證逆變的驅(qū)動(dòng)方波有共同的死區(qū)時(shí)間。圖4IR2110是IR公司生產(chǎn)的大功率 MOSFET和IGBT專用驅(qū)動(dòng)集成電路,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)MOSFET和IGBT的最優(yōu)驅(qū)動(dòng),同時(shí)還具有快速完整的保護(hù)功能,因而它可以提高控制系統(tǒng)的可靠性,減少電路的復(fù)雜程度。IR2110的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理框圖如圖4所示。圖中HIN和LIN為逆變橋中同一橋臂上下兩個(gè)功率MOS的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)輸入端。SD為保護(hù)信號(hào)輸入端,當(dāng)該腳接高電平時(shí),IR2110的輸岀信號(hào)全被封鎖,其對(duì)應(yīng)的輸岀端恒為
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