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IR2110驱动电路的优化设计

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IR2110驱动电路的优化设计 1 引言 驱动 IGBT 电压型功率器件有多 种具有保护及隔离功能的集成驱动模 块 [1]。 这些模块具有多种保护功能、隔 离驱动、电路参数一致性好、运行稳定 可靠等优点,但其相对价格较高,且只 能驱动单个功率管。 而 IR2110 是双通 道高压、 高速电压型功率开关器件栅 极驱动器, 具有自举浮动电源, 驱动电 路简单, 只需一路电源即可同时驱动 上、下桥臂,但存在不能产生负偏压 , 在抗干扰方面较薄弱等缺陷。 这里从 保护、抗干扰等方面对该模块进行优化设计,使其优点更突 出,从而使用范围更广...

IR2110驱动电路的优化设计
1 引言 驱动 IGBT 电压型功率器件有多 种具有保护及隔离功能的集成驱动模 块 [1]。 这些模块具有多种保护功能、隔 离驱动、电路参数一致性好、运行稳定 可靠等优点,但其相对价格较高,且只 能驱动单个功率管。 而 IR2110 是双通 道高压、 高速电压型功率开关器件栅 极驱动器, 具有自举浮动电源, 驱动电 路简单, 只需一路电源即可同时驱动 上、下桥臂,但存在不能产生负偏压 , 在抗干扰方面较薄弱等缺陷。 这里从 保护、抗干扰等方面对该模块进行优化 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ,使其优点更突 出,从而使用范围更广泛。 2 IR2110功能模块[2-3] 图 1 为 IR2110 内部结构框图。 IR2110 采用 CMOS 工艺 制作,逻辑电源电压范围为 5~20 V,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,允许逻辑电 路参考地(VSS)与功率电路参考地(COM)之间有-5~+5 V 的 偏移量,并能屏蔽小于 50 ns 的脉冲。 采用 CMOS 施密特触发 输入,以提高电路的抗干扰能力。 IR2110 由逻辑输入、电平平 移及输出保护组成。 逻辑输入电路与 TTL/CMOS 电平兼容; 逻辑电源地 (VSS)和功率地 (COM)之间允许有±5 V 的偏移 量 ;工作频率高 ,可达 500 kHz;开通 、关断延迟小 ,分别为 120 ns 和 94 ns;输出峰值电流可达 2 A,上桥臂通道可承受 500 V 的电压。自举悬浮驱动电源可同时驱动同一桥臂的上、 下两个开关器件,大大简化了驱动电源设计。 3 驱动电路的优化设计 3.1 输入、输出信号处理 该驱动电路将从光纤输入的信号处理变为驱动信号输 出,且当信号出现过流时输出一个阻断信号到系统的控制部 分,由控制部分停止 PWM 信号的输出,关断 IGBT 管,如图 2 所示。 在大中功率场合下,开关管开通关断的 du/dt、di/dt 很高, 很容易对控制电路等弱电信号造成干扰, 严重威胁功率逆变 器的安全运行。 因此采用光纤连接器隔离主电路和控制电 IR2110驱动电路的优化设计 张 明, 章国宝 (东南大学 自动化学院,江苏 南京 210096) 摘要:介绍 IR2110 驱动模块的特点,针对其存在的一些不足,给出相关解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。设计相应的优化驱动电路,较好地 改善 IR2110 的驱动和保护性能,增强其实用性。 关 键 词: IR2110; IGBT; 驱动电路; 保护 中图分类号: TN492 文献标识码: A 文章编号:1674-6236(2009)12-0066-02 Improvement design of IR2110 drive circuit ZHANG Ming, ZHANG Guo-bao (Department of Automation,Southeast University,Nanjing 210096,China) Abstract:The paper introduces the features of IR2110 drive module.Aiming at the shortages of IR2110,we give the solu- tions and the corresponding improvement design of drive circuits.In this way,it improves the drive and protection perfor- mance of the IR2110,and makes it more practical and useful. Key words: IR2110; IGBT; drive circuit; protection 收稿日期:2009-07-02 稿件编号:200907006 作者简介:张 明(1984-),男,江苏淮安人,硕士研究生。 研究方向:嵌入式,电力电子。 图 1 IR2110 内部结构框图 2009年 12月 Dec. 2009 第 17卷 第 12期 Vol.17 No.12 电子设计 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 Electronic Design Engineering -66- 张 明,等 IR2110驱动电路的优化设计 路,光纤连接器实现 PWM 控制信号的远距离传输 ,延时小且 可消除来自功率开关器件的干扰 [4]。 由图 2 可知 , 光接收器接收到信号 (即有 PWM 信号到 来)时为低电平,而与非门 U1 的另一端接+15 V 为高电平, 通过与非门 U1 后为高电平,再通过异或门 U2、与门 U3 接收 到信号,该信号接到 IR2110 的低通道输入端 LIN,用来驱动 IR2110 一端的 IGBT。 异或门 U6,与非门 U5,电阻 R1和电容 C3组成确认脉冲发生电路。 每当输入信号发生跳变时, 异或 门 U6 输出一个正脉冲, 其宽度由电容 C3和电阻 R1决定,并 通过光纤发送器发出。 当 IGBT 过流时,OVC 为低电平,其低 电位反馈到 U3 的输入端, 使 DRG 强置为高电平, 从而使 IGBT 关断。 此时 SO 端也将出现低电平, 输出光纤将状态传 送至系统控制部分, 由系统发出信号统一关断 IGBT 管。 3.2 保护电路 IR2110 自带保护功能,输入端 SD 可实现过电流保护控 制功能,但在驱动大中功率 IGBT 管时应慎用,因为大电流下 关断 di/dt 很大,控制及驱动电路屏蔽不好的情况下会产生很 大的干扰信号,容易引起 SD 端保护误动作 [5],在强感性大电 流下关断驱动会导致直流母线上的高压毛刺, 而 IR2110 允 许的最高电压只有 500 V, 很可能使驱动模块失效而烧坏 IGBT 模块。 因此这里重新设计保护电路,使其能更好保护封 锁信号,如图 3 所示。 保护电路处理过流和欠压检测信号, 完成过流保护和欠 电压保护,整个保护电路的核心是 LM555。 (1)过流保护电路 图 3 中 ,二极管 VD3,电阻 R14、R16、 R15,电容 C6,MOS 管 VQ4 组成过流反馈电路 ,与 R11、R12 及稳 压管 VD2组成的参考电压相比较;R8、R9、R10、C4与 MOS 管 VQ3 组成阻断时间电路 。 当有信号输入时 (IGBT 导通 ),MSURE 信号为低电平 ,VQ4 截止 ,C 极的电压反馈到 LM555 的引脚 6; 当无信号输入时 (IGBT 截止),VQ4 导 通, 则 LM555 引脚 6 的电压为 0 V。 在 IGBT 导通期间 ,当 VCE(C 极相对于 E 极 的电压 )超过一定值时 ,V6E(LM555 的引 脚 6 相对于 E 极的电压)大于 V5E(LM555 的引脚 5 相对于 E 极的电压),LM555 引 脚 7 输出为低电平, 即 OVC 为低电平, 启动过流保护,经阻断时间后恢复正常;否则,引脚 7 为门极 开路,电路工作正常。 (2)欠压保护电路 该电路由图 3中的电阻 R5、R6、R7,晶体 管 VQ2及稳压管 VD1组成。 正常状态下,晶体管 VQ2导通,LM555 的 RESET信号(引脚 4)不起作用;当给定电压低到一定值时, LM555的引脚 4为 0 V,RESET信号起作用, 使 LM555处于复 位状态,引脚 7即 OVC为低电平,保护电路启动。 3.3 负偏压电路 IR2110的另一不足是不能产生负偏压 [6]。 在大功率 IGBT 驱动场合, 各路驱动电源独立, 集成驱动器一般都能产生负 压,-5 V。 用于增强 IGBT 关断的可靠性,防止由于密勒效应 而造成误导通。 IR2110 器件内部虽不能产生负压,但可通过 外加无源器件产生负压,如图 4 所示。 在上、下管驱动电路中均增加由电容和 5 V 稳压管组成 的负压电路。其工作原理为:电源电压 VCC为 20 V。在上电期 间,电源通过 R19为 C11充电,C11保持 5 V 电压。LIN 为高电平 时,LO 相对 COM 输出 20 V 的高电平, 这时加在下管 VG1的 电压为 15 V,IGBT 正常导通。 当 LIN 输入为低电平时,LO 输 出 0 V,此时 VG1的电压为-5 V,实现关断时负压。 同理,对于 上管 VG2,HIN 输入高电平时,HO 输出 20 V,加在 VG2的电压 为 15 V。 当 HIN 为低电平时,HO 输出 0 V,VG2电压为-5 V。 选择的 C11,C12要大于 IGBT 栅极输入寄生电容 Ciss。自举电容 充电电路中的二极管 VD4必须是快恢复二极管, 以保证在有 限时间内快速导通。 4 结论 通过对驱动模块 IR2110 的分析研究, 在其驱动电路简 单、可独立高端和低端输出驱动通道等基础上,针对其一些 不足, 设计实用性较强的优化驱动电路,使 图 2 输入/输出电路 图 3 保护电路 图 4 负偏压产生电路 (下转第 70 页) -67- 《电子设计工程》(月刊)以其创新性、实用性、前瞻性,全面提升自身的学术水平和国 际化程度。 主要栏目为:测控与仪器仪 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf ;网络与通信工程;图像分析与多媒体;数字信号 处理;嵌入式系统;计算机应用;工业自动化;传感器技术;电源技术应用;信息安全;电力 控制;汽车电子;集成电路;移动商务技术;消费电子;新特器件应用等。《电子设计工程》质 优、实用、时效性强。 敬请广大业界人士积极关注,踊跃投稿! 投稿信箱: editor@ieechina.com 在线投稿: http://mag.ieechina.com 《电子设计工程》 杂志社 征 稿 启 事 ———您的成功 需要我们成就 ————————————————————————————————————————— — — — — — — — — — — — — —————————————————————————————————————————— — — — — — — — — — — — — — 该模块在使用中能更有效地对 IGBT 进行驱动、 控制和过流 保护。 参考文献: [1] 倚 鹏 .高压大功率变频器技术原理与应用 [M].北京:人民 邮电出版社,2008. [2] International Rectifier Corporation.IR2110 (S)/IR2113 (S)D ata Sheet[EB/OL].2005.www.irf.com. [3] 楚 斌 . IR2110 功率驱动集成芯片应用 [J].电子工程师 , 2004,30(10):33,43,53. [4] 李晓东,王 京,张勇军,等 .大功率三电平逆变器中 IGBT 驱动和保护的研究[J].工矿自动化,2007(3):64-67. [5] 何存福,周 龙,宋国荣,等 . 基于 DSP 的直流电机驱动控 制电路设计[J].测控技术,2007,26(1):64-67. [6] 麦明就. IR2110 在三电平逆变器中的应用 [J].中国科技信 息,2008(8):137-138. 4 结束语 采用 SoPC 技术与 CORDIC 算法相结合的方法实现通用 调制解调器。CORDIC 算法只需简单的加法和移位操作,无需 占用大量芯片资源的乘法器,实现 NCO(数字控制振荡器)时 要比查找表法节省大量 ROM,使其易于在 FPGA 上实现。 在 信号解调时只要从数字下变频后的 I,Q 两路基带信号中计 算幅度和相位,再由相位计算出频率,从这些幅度、相位和频 率中解调出信号信息。 利用 CORDIC 算法的坐标变换功能计 算幅度和相位,实现信号的鉴幅鉴相功能。 SoPC 的软硬件协 同设计解决方案是系统级设计的新趋势,将 SoPC 技 术应用到通信软件无线电领域,充分发挥软件无线电 在开放性的硬件平台上通过软件编程实现通信系统 各种功能, 便于软件无线电各种功能和系统的升级, 充分利用 FPGA 的可重配置性,这也体现软件无线电 中用软件完成尽可能多的无线电功能的本质特点。因 此采用 SoPC 技术与 CORDIC 算法相结合的方法实 现软件无线电通用调制解调器是可行的, 降低成本, 同时也体现了软件无线电技术的灵活性。 参考文献: [1] Mitola J.The software radio architecture [J].IEEE Communications Magazine,1995,33(5):26-38. [2] 杨小牛,楼才义,徐建良 .软件无线电原理与应用 [M].北京:电子工业出版社,2001. [3] ANDRAKA R. A survey of CORDIC algorithms for FPGA b ased computers [C].Sixth International Symposium on Field Programmable Gate Arrays. Monterey, 1998. [4] VOLDER J E.The CORDIC trigonometric computing techniq ue [J].IRE Trans. Electronic Computers,1959,EC-8(3): 330-334. [5] 谢 红,曹 硕,赵雅丽,CORDIC 算法在软件无线电中的应 用[J].应用科技,2006,33(7):30-33. [6] 潘 松.现代 DSP 技术[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2003. 图 5 2FSK 调制解调 ————————————————————————————————— (上接第 67 页) 《电子设计工程》2009年第 12 期 -70-
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分类:工学
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