IR2132驱动器及其在三相逆变器中的应用

IR2132驱动器及其在三相逆变器中的应用 2010年第13期总第324 IR2132驱动器及其在三相逆变器中的应用 白向东 (陕西省电子技术研究所,陕西西安710004) 摘要:提出了IR2132驱动器在三相逆变器中的应用.采用数字信号处理器对电源 系统进行全数字控制,通过改变 PWM波形的脉冲宽度和调制周期可以达到调压和变频的目的.采用功率 MOSFET和IGBT专用驱动芯片IR2132驱动 三相桥式逆变电路.介绍了IR2132驱动电路的特点,内部结构,工作原理和基于 IR2132构成的三相逆变电路结构,并提出 了一种新型实用的预制相位PWM数字控制 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 ,取代了传统的模拟驱动电路和 模块化桥臂电路 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 ,降低了开发成本,并 融合了多元化的保护功能使逆变电源系统的驱动电路变得简单可靠. 关键词:逆变器;IGBT;SPwM;功率开关 中图分类号:TM13文献标识码:B文章编号:1004—373X(2010)13-0051-03 IR2132DriveandItsApplicationinThree—phaseInverter BAIXiang—dong (ShaanxiofElectronicTechnologyResearchInstitute,Xi'an710004,China) Abstract:TheapplicationofIR2132drivesinthree— phaseinvertersisproposed,inwhichthefullydigitalcontroloverthe powersupplysystemsisperformedbydigitalsignalprocessors,thevariationofthevoltagean dfrequencyisachievedbychan— gingthepulsewidthofPWMwaveformandmodulationperiod,andthethree-phasebridgeinv ertercircuitisdrivedbytheaid ofpowerMOSFETandIGBTdedicateddrivingchipIR2132.TheIR2132drivecircuitcharacteristics,internalstructure. workingprincipleandthethree—phaseinvertercircuitstructurebasedonIR2132areintroduced.Anewschemeofpractical prmphasePWMdigitalcontrolisproposed,whichreplacesthetraditionalanalogdrivecircuit andthemodularizationbridge armcircuit,reducesthedevelopmentcost,andmakesthedrivecircuitsofinvertingpower-sup plysystemswiththeincorpora— tionofdiversificationprotectionfunctionssimpleandreliable. Keywords:inverter;IGBT;SPWM;powerswitch 0引言1IR2132驱动芯片的特点 逆变器已广泛用于交流电气传动,UPS等许多技 术领域中,其主电路开关器件常采用IGBT或 MOSFET等全控型器件,该类器件的开关动作需要靠 独立的驱动电路来实现,并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)[1-2],这无疑增加辅助 电源的设计困难和成本,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EXB840等专用厚膜 集成驱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[3].而美国 国际整流器公司生产的专用驱动芯片IR2132只需1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变得简单可靠]. 收稿日期:2010—03一10 IR2132可以用来驱动工作在母线电压不高于 600V的电路中的功率MOS门器件,其可输出的最大 正向峰值驱动电流为250ITIA,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,使用户可方便地用来保护被驱动的MOS门 功率管,加之内部自举技术的巧妙运用使其可以用于高 压系统,它还可以对同一桥臂上下两个功率器件的门极 驱动信号产生0.8s互锁延时时间.它自身工作和电 源电压的范围较宽(3,20V),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,并且输人信号与TTL及CMOS电平兼 容.IR2132管脚如图1所示. VB1VB3是悬浮电源接地端,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,VS1, VS3是其对应的悬浮电源地端. 51 白向东:IR2132驱动器及其在三相逆变器中的应用 图1IR2132引脚图 HIN1,HIN3,LIN1,LIN3是逆变器上桥臂和下 桥臂的驱动信号输入端,低电平有效. ITRIP是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一,CAO,VSO是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. HO1,H03,LO1,LO3是逆变器上下桥臂功率 开关器件驱动信号输出端. FAULT是过流,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,VSS是芯片供电电源连接端,VCC接正电 源,而VSS接电源地. 2IR2132内部结构及其工作原理 IR2132的内部结构如图2所示,它的内部集成有 1个电流比较器(CurrentCdmparator),1个电流放大 器(CurrentAmp),1个自身工作电源欠电压检测器 (UnderVoltageDetector),1个故障处理单元(Fault Logic)及1个清除封锁逻辑单元(ClearLogic).除上述 外,它内部还集成有3个输入信号处理器(InputSignal Generator),2个脉冲处理和电平移位器(PulseGener- atorLevelShifter),3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(UnderVoltageDetector)及6个低输出阻抗MOS 功率管驱动器(Driver)和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 L1,L3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H1,H3先经集成于 IR2132内部的3个脉冲处理器和电平移位器中的自举 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,则IR2132内部的 电流比较器迅速翻转,促使故障逻辑单元输出低电 平,一则封锁3路输入脉冲信号处理器的输出,使 IR2132的输出全为低电平,保护功率管;同时IR2132 的FAULT脚给出故障指示.同样,若发生IR2132的 工作电源欠压,则欠压检测器迅速翻转,也会进行类似 动作.发生故障后,IR2132内的故障逻辑单元的输出 将保持故障闭锁状态.直到故障清除后,在信号输入端 LIN1,LIN3同时被输入高电平,才可以解除故障闭锁 状态. IR2132驱动上桥臂功率管的自举电源电压不足 时,则该电路的驱动信号检测器迅速动作,封锁该路输 出,避免功率器件因驱动信号不足而损坏.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,则 IR2132输出的2路门极驱动信号全为低电平,从而可 靠地避免桥臂直通现象发生. 图2IR2132内部结构图 2010年第13期总第324 3采用IR2132的逆变器电路结构 3.1控制电路 采用了一种新型的预制相位PWM波的数字控制 方案,逆变器6个开关管的开关状态同某一调制比的 SPWM脉冲相对应,其出发点是由一片EPROM来存 储这6个开关管的开关状态,预置于EPROM内的由 多种方式产生,常见的是先计算出来,对应于不同的基 波频率,按一定规律算出相对应的脉宽,再转换成数值, 存储在EPROM内r7],EPROM的输出与IR2132的 HIN1,HIN3,LIN1~LIN3相连接.同一桥臂开关管 之间相位互差120.,同桥臂上下开关互补导通且有死 区.其SPWM波生成电路原理如图3所示. 图3SPWM波生成电路原理图 3.2驱动电路 采用IR2132芯片驱动逆变器功率管时,其基本主 电路不需改变,仍可用典型的三相电压型逆变电路], 为便于表示,图4中画出了IR2132驱动中1个桥臂的 电路示意图.图中C是自举电容,为上桥臂功率管驱 动的悬浮电源存储能量,VD的作用是防止上桥臂导 通时的直流电压母线电压加到IR2132的电源上而使 器件损坏,因此VD应有足够的反向耐压,当然由于 VD与C串联,为了满足主电路功率管开关频率的要 求,VD应选快速恢复二极管.R和R是IGBT的门 极驱动电阻,一般可采用1O到几十欧姆.R.和尺组 成过流检测电路,其中R.是过流取样电阻,R是作为 分压用的可调电阻l_9.IR2132的HIN1,HIN3, LIN1~LIN3作为功率管的输入驱动信号与SPWM波 生成电路的EPROM连接.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 电压保护动作值,当被驱动的开关频率大于5kHz时, 该电容值不小于0.1F,且以瓷片电容为好. 4结语 图4IR2132与功率管的连接方式 A拥输出 B相输出 c相输出 采用IR2132器件实现单芯片电源供电的三相逆 变器的驱动,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. 参考文献 [1]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京:电子工 业出版社,2004. [2]陈道炼.I)13一AC逆变技术及其应用[M].北京:机械工业出 版社,2005. [3]周志敏,周纪海,纪爱华.逆变电源实用技术[M].北京:中 国电力出版社,2005. [4]曲学基,王增福,曲敬铠.新编高频开关稳压电源[M].北 京:电子工业出版社,2005. [5]吴立新.实用电子技术手册[M].北京:机械工业出版 社,2002. [6]P6.003E.Controlintegratedcircuitdesignersmanual rM].Is.1.]:PD-6.003E,2001. [7]王鸿钰.实用电源技术手册[M].上海:上海科学技术出版 社,2002. [8]李龙文.最新开关电源设计程序与步骤[M].北京:中国电 力出版社,2008. [9]李成章.电源[M].北京:电子工业出版社,1990. [1O]叶慧贞,杨兴洲.开关稳压电源I-M].北京:国防工业出版 社,1993. 53 一事一一启则一一购一 一一剐一 一 一