IR2110相關(guān)知識(筆記)..

1、驅(qū)動芯片IR2110功能簡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) 動和隔離驅(qū)動兩種方式 . 美國 IR 公司生產(chǎn)的 IR2110 驅(qū)動器，兼有光耦隔離和電 磁隔離的優(yōu)點，是中小功率變換裝置中驅(qū)動器件的首選。1. IR2110 引腳功能及特點簡介（ 1）IR2110 引腳管L0 （引腳 1）:低端輸出CO（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H0（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

2、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 0VNc （引腳 14）:空端（ 2）IR2110 的特點：1 ）具有獨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, CMOSI 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。2.

3、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 同一橋臂上下兩個功率 MOS 勺驅(qū)動脈沖信號輸入端。SD 為保護(hù)信號輸入端，當(dāng) 該腳接高電平時，IR2110 的輸出信號全被封鎖，其對應(yīng)的輸出端恒為低電平； 而當(dāng)該腳接低電平時，IR2110 的輸出信號跟隨 HIN 和 LIN 而變化，在實際電路 里，該端接用戶的保護(hù)電路的輸出。HO 和 LO 是兩路驅(qū)動信號輸出端，驅(qū)動同一 橋臂的 MOSFET圖 4 IR2110 內(nèi)部結(jié)構(gòu)DDHIN3.IR2110 自舉電路設(shè)計原理IR2110 包括：邏輯輸入、 電平轉(zhuǎn)換、 保護(hù)、上橋臂側(cè)輸出和

4、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 ，各通道相對獨立。由 于邏輯信號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 （VS S）與功率電路參考地（COM）之間有5 V+ 5 V 的偏移量，并且能屏蔽小于 5 0 ns 脈沖，這樣便具有較理想的抗噪聲效果。兩個高壓 MOS 管推挽驅(qū)動器的 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 出信號之間的傳導(dǎo)延時較小，開通傳導(dǎo)延時為 120 ns ，關(guān)斷傳導(dǎo)延時為 95 n s。電源 VCC 典型

5、值為 15 V，邏輯電源和模擬電源共用一個 15 V 電源，邏輯 地和模擬地接在一起。輸出端設(shè)有對功率電源 VCC 的欠壓保護(hù)，當(dāng)小于 82 V 時，封鎖驅(qū)動輸出。IR2110 具有很多優(yōu)點： 自舉懸浮驅(qū)動電源可同時驅(qū)動同一橋臂的上、 下兩 個開關(guān)器件，驅(qū)動 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)動峰值電流為 2 A ;兩通道設(shè) 有低壓延時封鎖（50 ns）。芯片還有一個封鎖兩路輸出的保護(hù)端 SD，在 SD 輸 入高電平時，兩路輸出均被封鎖。 IR2110 的優(yōu)點，給實際系統(tǒng)設(shè)計帶來了極大 方便，特別是自舉懸浮驅(qū)動電源

6、大大簡化了驅(qū)動電源設(shè)計， 只用一路電源即可完 成上下橋臂兩個功率開關(guān)器件的驅(qū)動。 IR2110 的典型應(yīng)用電路如圖 2 所示。R2110 是一種雙通道高壓、高速電壓型功率開關(guān)器件柵極驅(qū)動器，具有自 居浮動電源，驅(qū)動電路十分簡單，只用一個電源可同時驅(qū)動上下橋臂。 但是 IR 2110 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) 合實驗介紹抗干擾技術(shù)。（1）高壓側(cè)懸浮驅(qū)動的自舉原理高端側(cè)懸浮驅(qū)動的自舉原理：IR2110 驅(qū)動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（

7、VC1 VCC）。當(dāng) HIN 為高電平時如圖 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 C1 就相當(dāng)于一個電壓源，從而使 S1 導(dǎo)通。由于 LIN 與 HIN 是一對互補(bǔ)輸入信號，所以此時 LIN 為低電平，VM3 關(guān)斷，VM4 導(dǎo)通，這時聚集在 S2 柵極和源極的電荷在芯片內(nèi)部通 過 Rg2迅速對地放電，由于死區(qū)時間影響使 S2 在 S1 開通之前迅速關(guān)斷。當(dāng) HIN 為低電平時如圖 4.20: VM1 關(guān)斷，VM2 導(dǎo)通，這時聚集在 S1 柵極和 源極的電荷在芯片內(nèi)部通過 Rg1 迅速放

8、電使 S1 關(guān)斷。經(jīng)過短暫的死區(qū)時間 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 VCC 經(jīng)自舉二極管，C1 和 S2 形成回路，對 C1 進(jìn)行充電，迅 速為 C1 補(bǔ)充能量，如此循環(huán)反復(fù)。L：- 1c:r- !gni V V I vL-FOLJ啟丸一-WHR2-C 的內(nèi)注功能氏隆I 圖 2 半橋驅(qū)動電踣+圧JU H口凸打丄(2)自舉元件設(shè)計IGBT 和 PM( POWERMOS)具有相似的門極特性。開通時，需要在極短 的時間內(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

9、需要的電壓(10V,高壓鎖定電壓為 8.7/8.3 伏)要高，再假定在自舉電容允電貉徑上有1+次的壓降(包括51的正向壓降八 攤厲假定有打2的枇電壓(柵極門檻電壓VTH通常37町因泄漏電流引起電壓降.緣合上述條件此時對 應(yīng)的自舉電容可用下式表示T Cl= (1)工思應(yīng)用 XlJXlCl2Qff/(VCC-10-L5j&到如FUJI50A/60MIGBT充分導(dǎo)通時所需要的褫電荷ig=250nC(可由特性曲線 査得)1 VCO15V,那么Cl-2 X 250 X10 -9/ (15 -10 - L 5)=L4X10-7F可取Cl=O.22uF或更大一點的.且耐壓大于35V的鈕電容.1 2懸

10、浮驅(qū)動的量寬導(dǎo)通時(Bjton(inax)當(dāng)最長的導(dǎo)通時間結(jié)束時，功率器件的門極電壓也R仍必須足夠高.即廳須滿足 式(1的約束關(guān)累.不論円1述是IGBT,因為絕緣門極輸入削抗比較高假歡刪 電容(Cge)充電后*在VCC=15V時有15 A的漏電流(laQs)從Cl中抽取。仍 以亠1中設(shè)計的參數(shù)為例，Qg=250nAl=VCC-IO-L5=3, 5V,fevail= AUXC=1 5X 0. 22-0. 77PC e則過剩電荷也0=0, 77 - 0, 25=0, 52 u C , A Uc= A Q C=0. 52. 0.22=2.36V,得Uc=10+2. 36=12. 36V.由ti e及

11、柵極輸入狙抗R=1MQ可求出t即ton (max) 由1.236可求出ton (max) =106X0. 22 X 10-61nL 236=4氐6ms4. 3懸浮驅(qū)動的毘窄導(dǎo)通時(Bjtonfiiin)在自舉電容的充電路輕上,分布電感影響了充電的速率下管的最窄導(dǎo)通時 間應(yīng)保證自舉電容能夠充足夠的電荷，以滿足C馭所需要的電荷量再加上功率器 件穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通時+圧JU H口凸打丄漏電流所失去的電荷量*因此從攝窄導(dǎo)通時間ton(uiin)考慮，自舉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。IR24.IR2110 其他電路應(yīng)用(1 ) 帶電平箝位的 IR2110 驅(qū)動

12、電路針對 IR2110 的不足，對輸出驅(qū)動電路進(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)動電平箝位到零電平。在橋臂上管開通期間驅(qū)動信號使Q1 導(dǎo)通、Q2 截止，正常驅(qū)動。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 場合，各路驅(qū)動電源獨立，集成驅(qū)動芯片一般都有產(chǎn)生負(fù)壓得功能，如E

13、XB841 系列，M57957 系列等，在 IGBT 關(guān)斷期間柵極上施加一個負(fù)電壓，一般為3110 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無源器件來實現(xiàn)產(chǎn)生負(fù)壓得功能，如圖 5 所示。在上下管驅(qū)動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 為高電平的時候，LO 輸出 0 V,此時 S2 柵極上的電壓為一 5 V,從而實現(xiàn)了關(guān)斷 時負(fù)壓。對于上管 S1, HIN 為高電平時，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，HC 輸出 0 V , S1 柵極為一 5 V。IGBT 為電壓型驅(qū)動器件，所以負(fù)壓負(fù)壓電容C5, C6 上的電壓波動較小，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)通時完成。對于