IR2130驱动电路

1、 IR2130驱动电路 摘 要：介绍了 IR2130集成芯片的特点和工作原理，设计了采用该芯片驱动的三相逆变器， 并进行了实验研究，结果说明用IR2130驱动的逆变器具有结构简单、工作稳定、保护可靠等 优点。1 引言 逆变器己广泛用于交流电气传动、UP融许多技术领域中，其主电路开关器件常采用IGBT 或MOSFET全控型器件，该器件的开关动作需要靠独立的驱动电路来实现， 并且要求驱动电 路的供电电源彼此隔离如单相桥式逆变主电路需3组独立电源，三相桥式逆变主电路需4组 独立电源，这无疑增加辅助电源的设计困难和本钱，同时也使驱动电路变得复杂，降低了逆 变器的可靠性。采用如EXB84曲专用厚膜集成驱

2、动电路芯片虽然可以简化驱动电路的设计， 但每个驱动芯片仍需要一个隔离的供电电源，且每个芯片仅可驱动一个功率开关器件，应用 仍有不便。而美国国际整流器公司生产的专用驱动芯片 IR21301:只需一个供电电源即可驱动 三相桥式逆变电路的6个功率开关器件，可以使整个驱动电路简单可靠。 2 IR2130驱动芯片的特点 IR2130可用来驱开工作在母电压不高于 600V的电路中的功率MOS1器件，其可输出的 最大正向峰值驱动电流为250mA而反向峰值驱动电流为500mA它内部设计有过流、过压及 欠压保护、封锁和指示网络，使用户可方便的用来保护被驱动的 MOS1功率管，加之内部自 举技术的巧妙运用使其可用

3、于高压系统，它还可对同一桥臂上下 2个功率器件的门极驱动信 导产生2心 互锁延时时间。它自身工作和电源电压的范围较宽320V,在它的内部还设计 有与被驱动的功率器件所通过的电流成线性关系的电流放大器，电路设计还保证了内部的 3 个通道的高压侧驱动器和低压侧驱动器可单独使用，亦可只用其内部的 3个低压侧驱动器， 并且输入信号与TTL及COMSI平兼容。IR2130管脚如图1所示。 ci RFiiihTci RFiiihT IVLSEIVLSE LEvti LEvti SHlFFkKSHlFFkK INPIT SIGNAL 口5959 imn srtm imn srtm GEXHUTOBGEXHU

4、TOB GENERATE LE通 atFTEB tt 2 内部站内图 :hi. baiu. com/diyidz K9:hi. baiu. com/diyidz K9 VB1VB3是悬浮电源连接端，通过自举电容为 3个上桥臂功率管的驱动器提供内部悬 浮电源，VS1VC3是其对应的悬浮电源地端。 HIN1HIN& LIN1LIN3:逆变器上桥臂和 下桥臂功率管的驱动信号输入端，低电平有效。 ITRIP :过流信号检测输入端，可通过输入电流信号来完成过流或直通保护 CA-、 CAO、 Vso： 内部放大器的反相端、输出端和同相端，可用来完成电流信号检测。 HOkHO3 LO1L03:逆变器

5、上下桥臂功率开关器件驱动器信号输出端。 FAULT： 过流、直通短路、过压、欠压保护输出端，该端提供一个故障保护的指示信号。它在 芯片内部是漏极开路输出端，低电平有效。VCc、Ms：芯片供电电源连接端，Vcc接正电源，而 Vss 接电源地。 3 IR2130 内部结构及其工作原理 IR2130 的内部结构如图 2所示，它的内部集成有 1 个电流比拟器 CURRENT COMPARA， TOR 1个电流放大器 CURRENT AM PI个自身工作电源欠压检测器 UNDERVOLTAGE DETEC TOR 故障处理单元FAULT LOGICS 1个去除封锁逻辑单元CLEAR LOGIC除上述外，

6、它内部还集 成有3个输入信号处理器INPUT SIGNAL GEN-ERATORt脉冲处理和电平移位器 PULSE GENERATOR LEVEL SHIFT ER个上桥臂侧功率管驱动信号锁存器 LATCH 3个上桥臂侧功率 管驱动信号与欠压检测器，U. V DETECTORS 6个低输出阻抗MO劭率管驱动器DRIVERS口 1 个或门电路。 正常工作时， 输入的 6 路驱动信号经输入信号处理器处理后变为 6 路输出脉冲， 驱动下桥臂功率管的信号L1L3经输出驱动器功放后，直接送往被驱动功率器件。而驱动上 桥臂功率管的信号H1H3先经集成于IR2130内部的3个脉冲处理器和电平移位器中的自举

7、电路进行电位变换， 变为 3 路电位悬浮的驱动脉冲， 再经对应的 3 路输出锁存器锁存并经严 格的驱动脉冲与否检验之后，送到输出驱动器进行功放后才加到被驱动的功率管。一旦外电 流发生过流或直通，即电流检测单元送来的信号高于 0.5V 时，那么 IR2130 内部的电流比拟器 迅速翻转，促使故障逻辑处理单元输出低电平，一那么封锁 3 路输入脉冲信号处理器的输出， 使IR2130的输出全为低电平，保护功率管；另一方面，同时 IR2130的FAULT却给出故障指 示。 同样假设发生IR2130的工作电源欠压， 那么欠压检测器迅速翻转， 也会进行类似动作。 发生 故障后，IR2130内的故障逻辑处理单

8、元的输出将保持故障闭锁状态。直到故障去除后，在信 号输入端LIN1LIN3同时被输入高电平，才可以解除故障闭锁状态。 当IR2130驱动上桥臂功率管的自举电源工作电压缺乏时， 那么该路的驱动信号检测器迅速 动作，封锁该路的输出，防止功率器件因驱动信号缺乏而损坏。当逆变器同一桥臂上 2个功 率器件的输入信号同时为高电平，那么IR2130输出的2路门极驱动信号全为低电平，从而可靠 地防止桥臂直通现象发生。 4 采用IR2130的逆变器电路结构 采用IR2130芯片驱动逆变器功率管时，其根本主电路结构不需要改变，仍可用典型的三 相电压型逆变器电路，为便于表示，图 3画出了 IR2130驱动其中1个桥

9、臂的电路示意图，图 中C1是自举电容，为上桥臂功率管驱动的悬浮电源存储能量， D1的作用防止上桥臂导通时 的直流电压母线电压到IR2130的电源上而使器件损坏，因此 D1应有足够的反向耐压，当然 由于D1与C1串联，为了满足主电路功率管开关频率的要求， D1应选快速恢复二极管。R1和 R2是IGBT的门极驱动电阻，一般可采用10到几十欧。R3和R4组成过流检测电路，其中 R3 是过流取样电阻，R4是作为分压用的可调电阻。IR2130的HIN1HIN3、LIN1LIN3作为功 率管的输入驱动信号与单片机连接，由单片机控制产生 PWMI制信号白输入，FAULTS单片 机外部中断引脚连接，由单片机中

10、断程序来处理故障。沙 rr 1212 PU【_S* GENERATORGENERATOR LEm,LEm, RfllFTEffRfllFTEff iv3 INPUT SIGNAL MiAn)M14 LEVELLEVEL SHIFTEDSHIFTED iiETErraiiiETErrai VCLTAGE PITST PITST GENERATORGENERATOR LEVElLEVEl SHIFTIRSHIFTIR ClEMl ClEMl L LfKfK A 口 10： 用4 4 INPUTINPUT SIGNALSIGNAL GL5ERAGL5ERA ftj 2 JR?13U 内部福姆队 il

11、ii. baidu. can/di/dz 整CIIHREVTCIIHREVT INPUTINPUT STGNiALSTGNiAL CKRAT CKRAT 既 CTOHCTOH :，跄 其容量取决于被驱动功率器件的开关频率、占空比以及充电回路电阻，必须保证电容充 电到足够的电压，而放电时其两端电压不低于欠压保护动作值，当被驱动的开关频率大于5kHz 时，该电容值应不小于0.1 pF,且以瓷片电容为好。 5 实验及结果分析 在完成上述硬件设计的根底上，本文采用特定谐波消除式 PWMI制策略,使逆变器 拖动1台1.1kW的感应电机运行，并进行了短路、电机堵转等实验，证明采用 IR2130驱动的 逆变

12、器性能稳定，能可靠地实现过流和短路保护。图 4是电机在50Hz空载条件下，用数字示 波器TDS220E录的稳态电压和电流波形。 CL电压5UV，格 2.电潼0. IA珞 一过就慢步津由 H H上n动触 机 赛叨翰A A ht 十口 ： hi . h 刁：rlii. cnn/rli y-工 PH s IR?PH s IR? ：与曲条性的连虔方黄 VjrVjr VBI*VBI*着 3 3 HINI, HOI. 11HINI, HOI. 11 。落123123圳.工3 3 in in IP Vsi LOLZJVsi LOLZJ VWVW 结语 本文采用IR2130器件实现单芯片单电源供电的三相逆变器

13、的驱动， 只要合理地选择浮充 电容，驱动电路工作十分可靠，它不仅使电路结构简单，可靠性提高，而且可以可靠地实现 短路、过流、欠压和过压等故障保护。 IR2130驱动芯片的特点 IR2130可用来驱动母线电压不高于 600 V电路中的功率MOS1器件，其可输出的最 大正向峰值驱动电流为250 mA而反向峰值驱动电流为500 mA由于它内部设计有过流、过 压及欠压保护、封锁和指示网络，可使用户方便地用来保护被驱动的 MOS1功率管。加之巧 妙地运用内部的自举技术使其用于高压系统，还可对同一桥臂上下 2个功率器件的门极驱动 信导产生2 s互锁延时时间。由于它自身工作和电源电压的范围较宽 320 V,

14、在它的内 部还设计有与被驱动的功率器件所通过的电流成线性关系的电流放大器，电路设计还保证了 内部的3个通道的高压侧驱动器与低压侧驱动器可单独使用，亦可只用其内部的 3个低压侧 驱动器，并且输入信号与TTL及COM也平兼容。 电机控制的驱动器采用IR2130芯片。IR2130是一种高电压、高速度的功率 MOSFET 和IGBT、驱动器，工作电压为1020 V,分别有3个独立的高端和低端输出通道。逻辑输入 与CMO或LSTTL输出兼容，最小可以到达2. 5 V逻辑电压。外围电路中的参考地运行放大 器，通过外部的电流检测电位器来提供全桥电路电流的模拟反应值，如果超出设定或调整的 参考电流值，那么IR

15、2130驱动器的内部电流保护电路就启动关断输出通道，实现电流保护的 作用。IR2130驱动器反映高脉冲电流缓冲器的状态，传输延迟和高频放大器相匹配，浮动通 道能够用来驱动N沟道功率MOSFE和IGBT,最高电压可到达600 V。 IR2130芯片可同时控制6个大功率管的导通和关断顺序，通过输出 H01H03分别控 制三相全桥驱动电路的上半桥 Q1, Q3 Q5导通关断；而IR2130的输出L01L03分别控制 三相全桥驱动电路的下半桥 Q4, Q6, Q2导通关断，从而到达控制电机转速和正反转的目的。 IR2130芯片内部有电流比拟电路，可以进行电机比拟电流的设定。 设定值可以作为软件保护 电

16、路的参考值， 这样可以使电路能够适用于对不同功率电机的控制。 IR2130的典型电路如图 1所示。 丽加 EK. 3131闯型 rw 伊 vso LOI-LO? src XTII VBJsrc XTII VBJ _ ll- -WJWJ mi mi HTM HTM 而向 三相全桥逆变电路选用 6个功率MOSFETRFP40N10、一片IR2130和一些电阻电容而组成。 其主要特 点 为 ： 驱动芯片IR2130内置了 2. 5ds的死区时间；防止同一桥臂的上下两个 MOSFET同时导通，使电源 电压短路，电源不通过电动机。这防止了功率驱动电路在硬件系统上电瞬间 IR2130的误输出。 (2)功率

17、驱动电路采用上桥臂功率 MOSFET 管进行 PWM 调制的方式控制。 在调制过程中，自举电容只有在高端器件 (上桥臂MOSFET管)关断时，VS的电位被拉到功率地时自举 电容才被充电。因此，同一桥臂上的下桥臂器件开通时间 (上桥臂器件关断时间)应足够长，以保证自举电 容的电荷被充满，当上桥臂开通时维持上桥臂有足够的时间导通。 (3)由于功率驱动电路的上桥臂三路高压侧栅极驱动电源是通过自举电容充电来获得的，因此与 IR2130 供电电源连接的二极管，其反向耐压必须大于被驱动的功率 MOSFET管工作的峰值母线电压。为了防止 自举电容两端的放电，二极管要选用高频的快恢复二极管，功率驱动电路选用 FR104,它的最大反向恢复 时 间 为 150 ns , 最 大 反 向 耐 压 400 V 。 (4)上桥臂高压侧自举电容的容量取决于被驱动的功率 MOSFET管开关频率、导通和关断占空比以及栅 极充电电流的需要。为了防止自举电容放电后造成其两端电压低于欠压保护动作的门槛电压值，使得 IR2130 关断，电容取值应较大，此功率驱动电路选择 100 的电解电容。 (5)功率驱动芯片IR2130内部的6个驱动MOS-FET管(RFG40N10),其输出阻抗较低，导通输出电阻 rDS(ON)=0 . 04 Q