IR2101原理.doc

IR2101是双通道、栅极驱动、高压高速功率驱动器，该器件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。同时上管采用外部自举电容上电，使驱动电源数目较其他IC驱动大大减少，在工程上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。IR2101采用HVIC和闩锁抗干扰制造工艺，集成DIP、SOIC封装。其主要特性包括：悬浮通道电源采用自举电路；功率器件栅极驱动电压范围1020 V；逻辑电源范围520 V，而且逻辑电源地和功率地之间允许+5 V的偏移量；带有下拉电阻的CNOS施密特输入端，方便与LSTTL和CMOS电平匹配；独立的低端和高端输入通道。IR2101的内部结构框图如图1所示。图1 IR2101的内部结构框图图1中，HIN为逻辑输入高；LIN为逻辑输入低；VB为高端浮动供应；HO为高边栅极驱动器输出；Vs为高端浮动供应返回；Voc为电源；LO为低边栅极驱动器输出；COM为公共端.因为上桥臂的MOS管要饱和导通，必须要在门极与源极间加一个适当的电压。一般约10V左右，才能使MOS管导通时的内阻达到其额定值。此电压高一点其内阻会小一点，但太高则会损坏MOS管。当上桥臂MOS管导通时，其内阻Rds很小，甚至只有12m，此时源极的电压基本上等于电源电压，那可能远高于控制驱动回路电压的。造成门极电压不可能高于源极要求的电压，上桥臂MOS管也就不可以很好的导通了。 解决的办法是，将上桥臂的驱动电路悬浮起来，Vs接上桥臂MOS管的S极，作为驱动电压的参考点。将自举电路中电容器在下桥臂导通时所充的电压（等于控制回路电压减去一个隔离二极管的正向压降约0.6V的电压）来提供对上桥臂的驱动，使上桥臂MOS管可以很好的饱和导通。 不用自举电路是不行的。在要求上桥臂MOS导管通时下桥臂MOS管肯定是截止的，下桥臂MOS管的漏极D（即上桥臂MOS管的源极S）的电压，可能远高于控制回路的电压，若将Vs接地，不仅不能满足上桥臂MOS管导通的要求，甚至损坏上桥臂MOS管与半桥驱动IR2110.在控制回路电压与电源电压相等或接近的情况下，“将VS接地”上半桥MOS管可以导通，但不能饱和导通。因为上半桥MOS管一饱和导通，其S极的电压就与D极的电压接近，约等于最高的电源电压，G与S之间就没有要求的10V左右的电压了，MOS管就失去了饱和导通的条件。IR2101逆变电路IR2101逆变电路原理图如图3所示，H1、H2为IR2101集成驱动芯片，VQ1、VQ2、VQ3、VQ4为MOS管，Up、Un、Vp、Vn是SPMC75F2413A单片机中输出的两相四路PWM波。其中Up、Un是一相PWM波的上下臂，Vp、Vn为另一相PWM波的上下臂，由于单片机中输出的PWM波不能驱动大功率MOS管，因此利用IR2101的电容自举功能，通过二极管VD1、VD2（采用肖特基管所具有的快恢复功能，提升电容充电电压，关断过程减少消耗能量）对自举电容C1、C2进行充电，以此提升驱动MOS管的信号电压，使其具有扩大信号输出的功能，扩大后的信号PWM波就能有序地控制VQ-1、VQ2、VQ3、VQ4的通断，在逆变电路中同一相的上下臂的驱动信号是互补。图3 IR2101逆变电路原理图当Up输入高时，HO输出也为高，通过IR2101的电容自举功能，就能控制VQ1导通，此时由于LO输出为低，不能驱动VQ2，因此VQ2处于关断状态，同时Vp也输入一个高电平，即HO为高，使VQ4处于导通状态，而此时VQ3处于关断状态，因此T1VQ1R5（负载）VQ4GND形成一个通路。反之，当Up、Vp为低电平，Un、Vn为高电平时，即电流的主要流向为T1VQ3R5（负载）VQ2GND，4个