IR2111和IR2130在PWM直流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用探討.doc

IR2111和IR2130在PWM直流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用探討收藏此信息 打印該信息 添加：用戶發(fā)布 來源：未知摘要:介紹了IR2111和IR2130功率MOSFETIGBT驅(qū)動器的特點(diǎn)，分析了以IR2111和IR2130作為功率元件驅(qū)動器的PWM直流伺服系統(tǒng)主電路的工作原理。 1 引言功率元件驅(qū)動電路的特性在PWM直流伺服系統(tǒng)中占有很重要的地位，在FTCM直流伺系統(tǒng)中，H橋型主電路有四個功率開關(guān)器件（功率MOSFET或IGBT），若每個開關(guān)器件都用一單獨(dú)的驅(qū)動電路驅(qū)動，則需四個驅(qū)動電路，至少要配備三個相互獨(dú)立的直流電源為其供電，這使得系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性下降。IR2111和IR2130是功率MOSFET和IGBT專用柵極驅(qū)動集成電路，獨(dú)有的HVIC（H 一voltage integrated circuit）技術(shù)使得它可用來驅(qū)動工作在母線電壓高達(dá)600V的電路中的功率MOS器件。采用兩片m 2111或一片IR2130。可完成四個功率元件的驅(qū)動任務(wù)，其內(nèi)部采用白舉技術(shù)，使得功率元件的驅(qū)動電路僅需一個輸人級直流電源；可實(shí)現(xiàn)對功率MOSFET和IGBT的最優(yōu)驅(qū)動，還具有完善的保護(hù)功能。它們的應(yīng)用可提高系統(tǒng)的集成度和可靠性，并可大大縮小線路板的尺寸。2 IR2111在PWM直流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用IR2111是半橋驅(qū)動器（HalfBride Driver），它可同時輸出兩個驅(qū)動逆變橋中高壓側(cè)和低壓側(cè)的通道信號。以兩片1B2111作為H橋形PWM主電路功率元件驅(qū)動器的電路原理圖如圖1所示。IR 2111的輸入信號IN1和IN2來自伺服系統(tǒng)的控制電路，它們分別送到IR2111的2腳（IN端）；管腳4（LO）、3（COM）和管腳7（HO）、6（V ）分別輸出低壓側(cè)和高壓側(cè)MOS器件的驅(qū)動信號，其輸入輸出邏輯關(guān)系示意如圖2。邏輯輸入信號與CMOS電平兼容，輸出柵極驅(qū)動電壓的范圍為1020V。開關(guān)時間的典型值為ton=850ns。toff=150ns，死區(qū)時間Tdt的典型值為700 。死區(qū)時間是使同一橋臂上兩MOS器件的驅(qū)動信號產(chǎn)生上升沿延時，以防止由于MOS器件關(guān)斷延時造成的直臂導(dǎo)通現(xiàn)象。vcc（1腳）為芯片的工作電源，它為低壓側(cè)和邏輯固定電源，V （2腳）通過二極管D接vcc，為高壓側(cè)提供懸浮電源。兩片IR2111 公用一個直流工作電源。 3 IR2130在PWM直流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用IR2130是專用的三相橋驅(qū)動器，它帶有三個獨(dú)立的高壓側(cè)和低壓側(cè)輸出通道，可輸出六路驅(qū)動脈沖，只需一個直流工作電源，工作頻率可達(dá)上百千赫茲。它可以應(yīng)用于三相變頻電源、交流調(diào)速、不間斷電源（UPS）等系統(tǒng)中，在此取其中的四路驅(qū)動脈沖應(yīng)用于PWM直流伺服系統(tǒng)中，圖3畫出了相應(yīng)的驅(qū)動電路和主電路。引腳2、3、4（HINI、HIN2、HIN3）為三個高壓側(cè)功率管對應(yīng)的驅(qū)動器輸入信號端；引腳5、6、7（LINI、LIN2、LIN3）為三個低壓倒功率管對應(yīng)的驅(qū)動器輸入信號端。在本系統(tǒng)中用了其中的4路信號。這些輸入信號來自伺服系統(tǒng)的控制電路。引腳19（H03）和18（V ）引腳23（H02）和2（v ）、引腳27（H01）和26（vs ）為高壓側(cè)三個功率M0S器件柵極驅(qū)動信號輸出端，應(yīng)用HO1、H02、H03分別接功率MOS器件的柵極，V V V ，分別接相應(yīng)的源極（或發(fā)射極）。內(nèi)部高壓側(cè)三個驅(qū)動器的懸浮電源由引腳2o（v ）、24（v ）、28（v ）提供，連接方法見圖3。引腳I4、15、16（L03、L02、LO1）為低壓倒三個MOS功率器件的柵極驅(qū)動信號輸出端，應(yīng)用中分別接功率MOS器件的柵極，引腳l3（v ）同時接低壓側(cè)三個功率MOS器件的源極（或發(fā)射極），邏輯輸入信號與CMOS電乎兼容，輸出柵極驅(qū)動電壓的范圍為1020V。所有輸出都具有反相邏輯，死區(qū)相間（Tdt）典型值為25us，IR2130輸入輸出關(guān)系如圖4所示。與IR2111不同，IR2130提供了更為完善的保護(hù)功能。 （1）過流保護(hù)。電流檢測元件DWI、R1送出的信號接至過流檢測輸入端Im 9腳），當(dāng)外電路發(fā)生過流或直通，I ，端電壓高于05v時，IR2130內(nèi)部保護(hù)電路使其輸出驅(qū)動信號全為低電乎，從而使被驅(qū)動的M0S器件全部截止，保同護(hù)時了功率管，同時IR2130的FAULT（引腳8變?yōu)榈碗娖?，該信號接發(fā)光二極管進(jìn)行故障報警，也可將其引入前一極控制電路封鎖脈沖形成環(huán)節(jié)的輸出。（2）欠壓保護(hù)。若IR2130的工作電源欠電壓，與過流保護(hù)相似，內(nèi)部的欠壓保護(hù)電路使其輸出驅(qū)動信號全為低電乎，同時從FAULT端輸出故障信號。（3）邏輯封鎖。當(dāng)前一級控制電路的脈沖發(fā)生邏輯錯誤時，IR2130接受到功率元件同一橋臂高壓倒和低壓側(cè)兩功率器件的驅(qū)動信號全為高電平時，內(nèi)部保護(hù)功能的老串調(diào)設(shè)備控制線路進(jìn)行適度改造，增加自控點(diǎn)及監(jiān)剝口，使設(shè)備滿足了水廠自動化改造的要求，同時提供了計算機(jī)監(jiān)控功能，使串調(diào)裝置的安全可靠性大為提高，為整個車間實(shí)現(xiàn)無人值守創(chuàng)造了條件，幾年來運(yùn)行情況良好。3 國產(chǎn)可控硅串級調(diào)速裝置應(yīng)用維護(hù)經(jīng)驗(yàn)可控硅串級詞速裝置相對于變頻裝置，由于設(shè)備數(shù)量多，維護(hù)工作量大，強(qiáng)電方面不僅有繞線式電機(jī)維護(hù)，還有啟動設(shè)備。整流單元、逆變單元、復(fù)雜的繼電回路及逆變變壓器。但弱電方面技術(shù)含量低于變頻，維護(hù)相對簡單。所以串調(diào)運(yùn)行維護(hù)主要應(yīng)做好以下幾點(diǎn)工作。（1）串調(diào)裝置中強(qiáng)電設(shè)備較多，繼電回路相對復(fù)雜，繼電回路元器件質(zhì)量及安裝相當(dāng)重要。要選用質(zhì)量較好的元器件，如繼電器，接觸器、連接端子替，并在使用中經(jīng)常注意維護(hù)，使其保持較好狀態(tài)。（2）廠家一般提供5o 一95n。以上調(diào)速范圍的串調(diào)裝置，但使用中建議，在60 一9on。的速度范圍內(nèi)運(yùn)行，在相對窄些的范圍內(nèi)運(yùn)行串調(diào)裝置故障較少，否則容易出現(xiàn)裝置由調(diào)速狀態(tài)誤動作而退人全速運(yùn)行狀態(tài)的情況，給實(shí)際運(yùn)行帶來不便。其原因主要是在速度過低時，串調(diào)直流回路電流較小，可控硅易出現(xiàn)打不開的情況，引起保護(hù)運(yùn)作；或在速度過高時，直流回路電流較大，負(fù)載波動時故障檢測單元容易誤判為過流故障。（3）由于可控硅回路特性（特別是逆變回路）某一個可控硅故障時，要求系統(tǒng)保護(hù)必須在毫秒級時間內(nèi)立即動作，否則易引起其他可控硅的連串故障，所以故障檢測回路十分靈敏，特別在調(diào)速狀態(tài)且轉(zhuǎn)速較高時，系統(tǒng)受干擾往往會引起直流電流波動。所以當(dāng)電機(jī)由調(diào)速轉(zhuǎn)入全速或同一供電電源連接的其他大功率機(jī)、電容器組投切時，最好先把電機(jī)轉(zhuǎn)速適當(dāng)調(diào)低，等于擾過后再調(diào)回正常，則可減少串調(diào)裝置的故障誤檢測，引起不必要的狀態(tài)切換。（4）可控硅裝置在使用過程中發(fā)熱嚴(yán)重，應(yīng)注意通風(fēng)散熱，否則易引起電子元件老化或可控硅燒毀。（5）串調(diào)系統(tǒng)使用繞線式電機(jī)，加強(qiáng)電機(jī)的維護(hù)也是串調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要一環(huán)，定期清理電機(jī)滑環(huán)碳粉、定期檢查、及時更換磨損量超過標(biāo)準(zhǔn)的碳刷等維護(hù)工作均應(yīng)引起足夠重視。（6）串調(diào)系統(tǒng)的最大不足在于，串調(diào)投入后，一般會引起