IR2110功率驱动集成芯片应用

󰀁Oct.2004

IR2110功率驱动集成芯片应用

楚󰀁斌

(南京康尼机电新技术有限公司,江苏省南京市210013)

󰀂摘󰀁要 󰀁IR2110是IR公司的桥式驱动集成电路芯片,它采用高度集成的电平转换技术,大大简化了逻辑电路对功率器件的控制要求,同时提高了驱动电路的可靠性。对于典型的6管构成的三相桥式逆变器,采用3片IR2110驱动3个桥臂,仅需1路10V~20V电源。这样,在工程上大大减少了控制变压器体积和电源数目,降低了产品成本,提高了系统可靠性。文中介绍了该芯片的主要功能及技术参数,并就芯片典型应用电路进行了设计和分析。

关键词:IR2110,自举电路,功率器件

中图分类号:TN409

样有较理想的抗噪声效果。采用CMOS施密特触发输入,以提高电路抗干扰能力。采用DIP14封装形式,芯片引脚输出如图1所示。

0󰀁引󰀁言

随着功率VMOS器件以及绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件的广泛运用,更多场合使用VMOS器件或IGBT器件组成桥式电路,例如开关电源半桥变换器或全桥变换器、直流无刷电机的桥式驱动电路、步进电机驱动电路以及逆变器的逆变电路。IR(InternationalRectifier)公司提供了多种桥式驱动集成电路芯片,本文介绍了IR2110功率驱动集成芯片在功率转换器中的应用。该芯片是一种双通道、栅极驱动、高压高速功率器件的单片式集成驱动模块,在芯片中采用了高度集成的电平转换技术,大大简化了逻辑电路对功率器件的控制要求,同时提高了驱动电路的可靠性。尤其是上管采用外部自举电容上电,使得驱动电源数目较其他IC驱动大大减少。对于典型的6管构成的三相桥式逆变器,采用3片IR2110驱动3个桥臂,仅需1路10V~20V电源。这样,在工程上大大减少了控制变压器体积和电源数目,降低了产品成本,提高了系统可靠性。

本文通过作者在工程中对IR2110的应用,介绍了该芯片的主要功能、典型技术参数及使用注意事项。

图1󰀁IR2110引脚

引脚1和7是两路独立的输出,分别是LO(低端输出)和HO(高端输出),引脚3和6分别是VCC(低端电源电压)和VB(高端浮置电源电压),引脚9(VDD)是逻辑电路电源电压,引脚2(COM)是低端电源公共端,

引脚5和13分别是VS(高端浮置电源公共端)和VSS(逻辑电路接地端),引脚10(HIN)是逻辑输入控制端,引脚11(SD)是输入关闭端,引脚12(LIN)是低端逻辑输入。

IR2110浮置电源采用自举电路,其高端工作电压可达500V,工作频率可达到500kHz。两路通道均带有滞后欠压锁定功能。其推荐典型工作参数如表1所示,动态传输延迟时间参数如表2所示。

表1󰀁IR2110工作参数

1󰀁IR2110主要功能及技术参数

IR2110采用CMOS工艺制作,逻辑电源电压范围为5V~20V,适应TTL或CMOS逻辑信号输入,具有独立的高端和低端2个输出通道。由于逻辑信号均通过电平耦合电路连接到各自的通道上,容许逻辑电路参考地(USS)与功率电路参考地(COM)之间有-5V和+5V的偏移量,并且能屏蔽小于50ns的脉冲,这

收稿日期:2004󰀁06󰀁01;修回日期:2004󰀁07󰀁23

参数

VBVSHOVCCLOVDDVSS

HIN,SD,LIN最小值/VVS+10-4VS100VCC+4.5-5VSS最大值/VVS+20500VB20VCCVCC+20+5VDD

!33!

!微电子与基础产品!󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁电子工程师󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2004年10月

表2󰀁动态传输延迟时间参数

参数

开通延迟时间ton关断延迟时间toff开通上升时间tr关断下降时间tf输入关闭延迟时间tsd

典型值/ns120

942517110

最大值/ns1501253525140

管D5,D6钳位浪涌电压。

由于在桥式电路中存在寄生电感,而桥式电路一般负载为感性负载,在功率管开关瞬间、电源短路以及过电流关断时,di/dt比较大,功率管会产生过冲电压,会使VS端电压低于COM端,而表1所示该电压不能低于-4V,如果超出该极限电压就会引起高端通道工作不稳定。根据笔者经验,在设计印制电路板(PCB)时,采取下列推荐方法可以减小VS负过冲电

2󰀁典型电路应用及注意事项

IR2110驱动半桥电路的典型应用原理见图2。

压:

a)将功率管紧密放置,并且在焊接功率器件时尽量使引脚最短,以减少PCB布线长度和引脚间寄生电感的影响。

b)功率驱动集成芯片尽可能靠近功率管放置。c)连接两功率管的走线采用宽线直接连接,不要有环路。

d)在电源线与功率管之间增加去耦电容(一般为0.1󰀁F或1.0󰀁F)。

在许多场合,为了防止功率管和负载因过电流损坏,需对电流值进行严格控制。例如,控制直流电机和步进电机时,如果电流过大会烧毁。利用IR2110的SD端可实现过电流保护控制功能,其过电流保护的工作原理如图3所示。稳压二极管D1提供一标准电压,电组R2对电流进行采集,将其转换成电压信号,再与标准电压相比较,当电流达到规定值时,比较器输出高电平,提供给IR2110的SD端,IR2110控制切断功率管,从而防止过电流的产生。电流值的大小可以根据稳压二极管稳压值及电流检测电阻计算出来。当IR2110用于驱动大功率IGBT管时,SD端的过电流保护功能应慎重使用,因为大电流关断下di/dt很大,控制及驱动电路屏蔽不好情况下会串入很大的干扰信号,很容易引起SD端保护误动作。

图2󰀁IR2110驱动半桥电路的典型应用原理

󰀁

图2中,C2为自举电容,VCC经D2、C2、负载、T2给C2充电,以确保T2关闭、T1导通时,T1管的栅极靠C2上足够的储能来驱动。对于自举电容的选择,一般用一个大电容和一个小电容并联使用,在频率为20kHz左右的工作状态下,选用1.0󰀁F和0.1󰀁F电容并联。并联高频小电容用来吸收高频毛刺干扰电压。驱动大容量的IGBT,在工作频率较低的情况下,要注意自举电容电压稳定性问题,上管的驱动波形峰顶如果出现下降的现象则要选取大的电容。

根据表1,VB高于VS电压的最大值为20V,为了避免VB过电压损坏IR2110,电路中增加了稳压二极管D1。电路中D2的功能是防止T1导通时高电压串入VCC端损坏该芯片。

IR2110的开通与关断传输延迟时间基本匹配,开通传输延迟时间比关断传输延迟时间长25ns(见表2),这保证了功率管T1和T2在工作时不会发生同时导通,从而避免了直通故障的发生。为了更加安全,在电路中,功率管的栅极上分别串联电阻R1、R2以及二极管D3、D4。

功率器件的栅源极的驱动电压一般为CMOS电平(5V~20V),因此要在栅极增加保护电路,电路中D7、D8稳压二极管限制了所加栅极电压,另外电阻R3、R4进行分压,同时也降低了栅极电压。

功率器件T1、T2在开关过程中会产生浪涌电压,这些浪涌电压会损坏元件,所以电路中采用稳压二极!34!图3󰀁过电流保护原理

3󰀁结束语

IR2110驱动电路简单,成本低,在工程中得到了

广泛应用。本文介绍了单相驱动的典型电路应用及注意事项,当需要驱动两相甚至多相电路时,可将该电路进行复制使用。另外,功率器件供电电源一般均为高电压或大电流,因此在电路调试时要特别小心,否则很

第30卷第10期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁楚󰀁斌:IR2110功率驱动集成芯片应用!微电子与基础产品!

容易损坏元器件,建议通电前仔细检查电路,特别是驱动电路和功率器件电路;在多相电路调试时应先进行单相电路调试,然后再进行其他电路调试。

参󰀁考󰀁文󰀁献

[1]陶海敏,何湘宁.IR2110在驱动大功率IGBT模块中的应

用.电工技术杂志,2002,(9):44~46

[2]马瑞卿,刘卫国.自举式IR2110集成驱动电路的特殊应

用.电力电子技术,2000,34(1):31~33

[3]王英剑,常敏慧,何希才.新型开关电源实用技术.北京:

电子工业出版社,2000

ApplicationofIntegratedPowerDriveChipIR2110

ChuBin

(NanjingKangniMechanical󰀁electricalNewTechnologyCo.Ltd.,Nanjing210013,China)

󰀂Abstract 󰀁Howtodrivelargepowerdeviceswiththeincreasingapplicationsoflargepowerdevices,espe󰀁ciallyinthestudyofbridge󰀁circuitcomposedoflargepowerdevicesisbecomingahottopic.IR(InternationalRecti󰀁fier)corporationsuppliesalargenumberofdrivecircuitsbasedonIC,suchasIR2110.Itadoptshighlyintegratedelectricleveltransfertechnology,significantlysimplifyingthecontrolrequestforlogiccircuitandimprovingthereli󰀁ability.ThispaperintroducesthemainfunctionsandtechnicalparametersofintegratedpowerdrivechipIR2110indetail,furthermore,atypicalapplicationcircuitisdesignedandanalyzedinthispaper.Finally,theexperiencewhichtheauthorhaslearnedthroughpracticalapplicationisalsopresented.

Keywords:IR2110,bootstrapcircuit,powerdevice

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R2Controls为用户提供了2个Hypercore模块开发套件,通过开发套件可快速高效地使用R108Hypercore微处理器内核模块。其中∀基本型#Hypercore开发套件可用BASIC语言编程,并包含了开发板、R108Hyper󰀁core内核模块、电源变压器、串行电缆一张CD盘,盘中含有基本注释软件、API、操作指令以及示例程序;另外一种∀增强型#开发套件除包含所有上述组件外,还提供了编程适配器和电缆,可对R108Hypercore进行C语言编程。

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R2Controls针对嵌入式应用推出

基于8051的MPU模块

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