IR2110相關(guān)知識(shí)筆記

1、驅(qū)動(dòng)芯片IR2110功能簡(jiǎn)介         在功率變換裝置中，根據(jù)主電路的結(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。1. IR2110引腳功能及特點(diǎn)簡(jiǎn)介 （1）IR2110引腳管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

2、）: 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）:邏輯電路地電位端，其值可以為0V Nc（引腳14）:空端 （2）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）515V，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94n

3、s。（7）圖騰柱輸出峰值電流2A。2.IR2110內(nèi)部結(jié)構(gòu)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的輸出信號(hào)全被封鎖，其對(duì)應(yīng)的輸出端恒為低電平；而當(dāng)該腳接低電平時(shí)，IR2110的輸出信號(hào)跟隨HIN和LIN而變化，在實(shí)際電路里，該端接用戶的保護(hù)電路的輸出。HO和LO是兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端，驅(qū)動(dòng)同一橋臂的MOSFET。圖4 IR2110內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.IR2110自舉電路設(shè)計(jì)原理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

4、觸發(fā)電路，提高抗干擾能力。輸入邏輯電路與TTLCOMS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)與功率電路參考地(COM)之間有5 V5 V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

5、電源VCC的欠壓保護(hù)，當(dāng)小于82 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 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(lái)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。R2110是一種雙通道高壓、高速電

6、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)。   （1）高壓側(cè)懸浮驅(qū)動(dòng)的自舉原理高端側(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加到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)C

7、1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)LIN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)。（2）自舉元件設(shè)計(jì)IGBT

8、和PM（POWERMOSEFT）具有相似的門極特性。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較器件充分導(dǎo)通所需要的電壓（10V，高壓鎖定電壓為8.7/8.3伏）要高，再假定在自舉電4.IR2110其他電路應(yīng)用（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，

9、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。（2） IR2110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35 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(wú)源器件來(lái)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

10、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)，HO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)，HO輸出0 V，S1柵極為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

11、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，直流母線上疊加了5 V的電壓。（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(lái)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 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)，HO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)，HO輸出0 V，S1柵極為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