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高压悬浮驱动电路IR2110的特点及拓展应用技术

作者:时间:2010-03-18来源:网络收藏
0 引言

功率变换装置中的功率开关器件,根据主电路的不同,一般可采用直接驱动和隔离驱动两种方式。其中隔离驱动可分为电磁隔离和光电隔离两种。光电隔离具有体积小,结构简单等优点,但同时存在共模抑制能力差,传输速度慢的缺点。快速光耦的速度也仅有几十kHz。电磁隔离用脉冲变压器作为隔离元件,具有响应速度快(脉冲的前沿和后沿),原副边的绝缘强度高,dv/dt共模干扰抑制能力强等特点。但信号的最大传输宽度有受磁饱和特性的限制,因而信号的顶部不易传输。而且最大占空比被限制在50%。同时信号的最小宽度也要受磁化电流的限制。同时脉冲变压器体积也大,而且笨重,工艺复杂。

凡是隔离驱动方式,每路驱动都需要一组辅助电源,若是三相桥式变换器,则需要六组,而且还要互相,因而增加了电路的复杂性。随着驱动技术的不断成熟,现已有多种集成厚膜驱动器推出。如EXB840/841、EXB850/851、M57959L/AL、M57962L/AL、HR065等等,它们均采用的是光耦隔离,而光耦隔离仍受到上述缺点的限制。

而美国公司生产的驱动器则兼有光耦隔离(体积小)和电磁隔离(速度快)的优点,是中小功率变换装置中驱动器件的首选品种。

1 的结构特点

IR采用HVIC和闩锁抗干扰CMOS工艺制造,DIP14脚封装。该器件具有独立的低端和高端输入通道。其电源采用自举电路,高端工作电压可达500 V,dV/dt=±50 Wns,15 V下的静态功耗仅116 mW。IR2110的输出端f脚3,即功率器件的栅极驱动电压)电压范围为10~20 V,逻辑电源电压范围(脚9)为5~15 V,可方便地与TTL、CMOS电平相匹配,而且逻辑电源地和功率地之间允许有±5 V的偏移量;此外,该器件的工作频率可达500 kHz,而且开通、关断延迟小(分别为120 ns和94 ns),图腾柱输出峰值电流为2 A。

IR2110的内部功能框图如图1所示。由图可见,它由逻辑输入、电平平移及输出保护三个部分组成。IR2110可以为装置的设计带来许多方便,尤其是高端自举电源的成功设计,可以大大减少驱动电源的数目。

2自举元器件的选择

图2所示是基于IR2110的半桥。其中的自举二极管VD1和电容C1是IR2110在大功率脉宽调制放大器应用时需要严格挑的元器件,应根据一定的规则进行计算分析。在电路实验时,还要进行一些调整,以使电路工作在最佳状态。


2.1 自举电容的设计

IGBT和PM(POWER MOSFET)具有相似的门极特性,它们在开通时都需要在极短的时间内向门极提供足够的栅电荷。假定在器件开通后,自举电容两端的电压比器件充分导通所需要的电压(10 V,高压侧锁定电压为8.7/8.3 V)要高,而且在自举电容充电路径上有1.5 V的压降(包括VD1的正向压降),同时假定有1/2的栅电压(栅极门槛电压VTH通常3~5 V)因泄漏电流引起电压降。那么,此时对应的自举电容可用下式表示:

例如IRF2807充分导通时所需要的栅电荷Qg为160 nC(可由IRF2807电特性表查得),Vcc为15V,那么有:

这样C1约为0.1 μF,设计中即可选取C1为0.22μF或更大,且耐压大于35 V的独石电容。

2.2悬浮驱动的最宽导通时间ton(max)确定

当最长的导通时间结束时,功率器件的门极电压Vgs仍必须足够高,即必须满足式(1)的约束关系。对于MOSEFT,因为绝缘门极输入阻抗比较高,假如栅电容(Cgs)充电后,在Vcc为15 V时有15μA的漏电流(IgQs)从C1中抽取,若仍以本文的自举电容设计的参数为例,Qg=160 nC,△U=Vcc-10-1.5=3.5 V,Qavail=△UC=3.5x0.22=0.77μC。则过剩电荷△Q=0.77-0.16=0.61 μC,△Uc=△Q/C=0.61/0.22=2.77 V,因此可得Uc=10+2.77=12.77 V。由U=Uc及栅极输入阻抗R为1 MΩ,即可求出t(即ton(max)为:



2.3悬浮驱动的最窄导通时间ton(min)确定

在自举电容的充电路径上,分布电感将会影响充电的速率。下管的最窄导通时间应保证自举电容能够有足够的电荷,以满足Gge所需要的电荷量加上功率器件稳态导通时漏电流所失去的电荷量。因此从最窄导通时间ton(min)考虑,自举电容应足够小。

实际上,在选择自举电容大小时,应当综合考虑,既不能大到影响窄脉冲的驱动性能,但也不能太小。


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关键词: 2110 IR 悬浮 驱动电路

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