高壓懸浮驅(qū)動(dòng)電路IR2110的特點(diǎn)及拓展應(yīng)用技術(shù)
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功率變換裝置中的功率開關(guān)器件，根據(jù)主電路的不同，一般可采用直接驅(qū)動(dòng)和隔離驅(qū)動(dòng)兩種方式。其中隔離驅(qū)動(dòng)可分為電磁隔離和光電隔離兩種。光電隔離具有體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)存在共模抑制能力差，傳輸速度慢的缺點(diǎn)?？焖俟怦畹乃俣纫矁H有幾十kHz。電磁隔離用脈沖變壓器作為隔離元件，具有響應(yīng)速度快(脈沖的前沿和后沿)，原副邊的絕緣強(qiáng)度高，dv／dt共模干擾抑制能力強(qiáng)等特點(diǎn)。但信號(hào)的最大傳輸寬度有受磁飽和特性的限制，因而信號(hào)的頂部不易傳輸。而且最大占空比被限制在50％。同時(shí)信號(hào)的最小寬度也要受磁化電流的限制。同時(shí)脈沖變壓器體積也大，而且笨重，工藝復(fù)雜。
凡是隔離驅(qū)動(dòng)方式，每路驅(qū)動(dòng)都需要一組輔助電源，若是三相橋式變換器，則需要六組，而且還要互相懸浮，因而增加了電路的復(fù)雜性。隨著驅(qū)動(dòng)技術(shù)的不斷成熟，現(xiàn)已有多種集成厚膜驅(qū)動(dòng)器推出。如EXB840／841、EXB850／851、M57959L／AL、M57962L／AL、HR065等等，它們均采用的是光耦隔離，而光耦隔離仍受到上述缺點(diǎn)的限制。
而美國(guó)IR公司生產(chǎn)的IR2110驅(qū)動(dòng)器則兼有光耦隔離(體積小)和電磁隔離(速度快)的優(yōu)點(diǎn)，是中小功率變換裝置中驅(qū)動(dòng)器件的首選品種。
1 IR2110的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
IR2110采用HVIC和閂鎖抗干擾CMOS工藝制造，DIP14腳封裝。該器件具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道。其懸浮電源采用自舉電路，高端工作電壓可達(dá)500 V，dV／dt=±50 Wns，15 V下的靜態(tài)功耗僅116 mW。IR2110的輸出端f腳3，即功率器件的柵極驅(qū)動(dòng)電壓)電壓范圍為10～20 V，邏輯電源電壓范圍(腳9)為5～15 V，可方便地與TTL、CMOS電平相匹配，而且邏輯電源地和功率地之間允許有±5 V的偏移量；此外，該器件的工作頻率可達(dá)500 kHz，而且開通、關(guān)斷延遲小(分別為120 ns和94 ns)，圖騰柱輸出峰值電流為2 A。
IR2110的內(nèi)部功能框圖如圖1所示。由圖可見，它由邏輯輸入、電平平移及輸出保護(hù)三個(gè)部分組成。IR2110可以為裝置的設(shè)計(jì)帶來許多方便，尤其是高端懸浮自舉電源的成功設(shè)計(jì)，可以大大減少驅(qū)動(dòng)電源的數(shù)目。
2自舉元器件的選擇
圖2所示是基于IR2110的半橋驅(qū)動(dòng)電路。其中的自舉二極管VD1和電容C1是IR2110在大功率脈寬調(diào)制放大器應(yīng)用時(shí)需要嚴(yán)格挑的元器件，應(yīng)根據(jù)一定的規(guī)則進(jìn)行計(jì)算分析。在電路實(shí)驗(yàn)時(shí)，還要進(jìn)行一些調(diào)整，以使電路工作在最佳狀態(tài)。
2.1 自舉電容的設(shè)計(jì)
IGBT和PM(POWER MOSFET)具有相似的門極特性，它們?cè)陂_通時(shí)都需要在極短的時(shí)間內(nèi)向門極提供足夠的柵電荷。假定在器件開通后，自舉電容兩端的電壓比器件充分導(dǎo)通所需要的電壓(10 V，高壓側(cè)鎖定電壓為8.7／8.3 V)要高，而且在自舉電容充電路徑上有1.5 V的壓降(包括VD1的正向壓降)，同時(shí)假定有1／2的柵電壓(柵極門檻電壓VTH通常3～5 V)因泄漏電流引起電壓降。那么，此時(shí)對(duì)應(yīng)的自舉電容可用下式表示：
例如IRF2807充分導(dǎo)通時(shí)所需要的柵電荷Qg為160 nC(可由IRF2807電特性表查得)，Vcc為15V，那么有：
這樣C1約為0.1 μF，設(shè)計(jì)中即可選取C1為0.22μF或更大，且耐壓大于35 V的獨(dú)石電容。
2.2懸浮驅(qū)動(dòng)的最寬導(dǎo)通時(shí)間ton(max)確定
當(dāng)最長(zhǎng)的導(dǎo)通時(shí)間結(jié)束時(shí)，功率器件的門極電壓Vgs仍必須足夠高，即必須滿足式(1)的約束關(guān)系。對(duì)于MOSEFT，因?yàn)榻^緣門極輸入阻抗比較高，假如柵電容(Cgs)充電后，在Vcc為15 V時(shí)有15μA的漏電流(IgQs)從C1中抽取，若仍以本文的自舉電容設(shè)計(jì)的參數(shù)為例，Qg=160 nC，△U=Vcc-10-1.5=3.5 V，Qavail=△UC=3.5x0.22=0.77μC。則過剩電荷△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及柵極輸入阻抗R為1 MΩ，即可求出t(即ton(max)為：
2.3懸浮驅(qū)動(dòng)的最窄導(dǎo)通時(shí)間ton(min)確定
在自舉電容的充電路徑上，分布電感將會(huì)影響充電的速率。下管的最窄導(dǎo)通時(shí)間應(yīng)保證自舉電容能夠有足夠的電荷，以滿足Gge所需要的電荷量加上功率器件穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通時(shí)漏電流所失去的電荷量。因此從最窄導(dǎo)通時(shí)間ton(min)考慮，自舉電容應(yīng)足夠小。
實(shí)際上，在選擇自舉電容大小時(shí)，應(yīng)當(dāng)綜合考慮，既不能大到影響窄脈沖的驅(qū)動(dòng)性能，但也不能太小。
評(píng)論