ir2130應用電路

摘  要：介紹了IR2130集成芯片的特點和工作原理，設計了采用該芯片驅(qū)動的三相逆變器，并進行了實驗研究，結(jié)果表明用IR2130驅(qū)動的逆變器具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、保護可靠等優(yōu)點。

1  引言

逆變器己廣泛用于交流電氣傳動、UPS等許多技術領域中，其主電路開關器件常采用IGBT或MOSFET等全控型器件，該器件的開關動作需要靠獨立的驅(qū)動電路來實現(xiàn)，并且要求驅(qū)動電路的供電電源彼此隔離(如單相橋式逆變主電路需3組獨立電源，三相橋式逆變主電路需4組獨立電源)，這無疑增加輔助電源的設計困難和成本，同時也使驅(qū)動電路變得復雜，降低了逆變器的可靠性。采用如EXB840等專用厚膜集成驅(qū)動電路芯片雖然可以簡化驅(qū)動電路的設計，但每個驅(qū)動芯片仍需要一個隔離的供電電源，且每個芯片僅可驅(qū)動一個功率開關器件，應用仍有不便。而美國國際整流器公司生產(chǎn)的專用驅(qū)動芯片IR2130^［1］只需一個供電電源即可驅(qū)動三相橋式逆變電路的6個功率開關器件，可以使整個驅(qū)動電路簡單可靠。

2  IR2130驅(qū)動芯片的特點

IR2130可用來驅(qū)動工作在母電壓不高于600V的電路中的功率MOS門器件，其可輸出的最大正向峰值驅(qū)動電流為250mA，而反向峰值驅(qū)動電流為500mA。它內(nèi)部設計有過流、過壓及欠壓保護、封鎖和指示網(wǎng)絡，使用戶可方便的用來保護被驅(qū)動的MOS門功率管，加之內(nèi)部自舉技術的巧妙運用使其可用于高壓系統(tǒng)，它還可對同一橋臂上下2個功率器件的門極驅(qū)動信導產(chǎn)生2μs互鎖延時時間。它自身工作和電源電壓的范圍較寬(3～20V)，在它的內(nèi)部還設計有與被驅(qū)動的功率器件所通過的電流成線性關系的電流放大器，電路設計還保證了內(nèi)部的3個通道的高壓側(cè)驅(qū)動器和低壓側(cè)驅(qū)動器可單獨使用，亦可只用其內(nèi)部的3個低壓側(cè)驅(qū)動器，并且輸入信號與TTL及COMS電平兼容。IR2130管腳如圖1所示。

VB1～VB3：是懸浮電源連接端，通過自舉電容為3個上橋臂功率管的驅(qū)動器提供內(nèi)部懸浮電源，VS1～VC3是其對應的懸浮電源地端。 HIN1～HIN3、LIN1～LIN3：逆變器上橋臂和下橋臂功率管的驅(qū)動信號輸入端，低電平有效。

ITRIP：過流信號檢測輸入端，可通過輸入電流信號來完成過流或直通保護

CA-、CAO、Vso：內(nèi)部放大器的反相端、輸出端和同相端，可用來完成電流信號檢測。

HO1～HO3、LO1～L03：逆變器上下橋臂功率開關器件驅(qū)動器信號輸出端。

FAULT：過流、直通短路、過壓、欠壓保護輸出端，該端提供一個故障保護的指示信號。它在芯片內(nèi)部是漏極開路輸出端，低電平有效。V_cc、V_ss：芯片供電電源連接端，V_cc接正電源，而V_ss接電源地。

3  IR2130內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作原理

IR2130的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，它的內(nèi)部集成有1個電流比較器CURRENT COMPARATOR，1個電流放大器CURRENT AMP，1個自身工作電源欠壓檢測器UNDERVOLTAGE DETECTOR，1個故障處理單元FAULT LOGIC及1個清除封鎖邏輯單元CLEAR LOGIC。除上述外，它內(nèi)部還集成有3個輸入信號處理器INPUT SIGNAL GEN-ERATOR兩個脈沖處理和電平移位器PULSE GENERATOR LEVEL SHIFTER，3個上橋臂側(cè)功率管驅(qū)動信號鎖存器LATCH，3個上橋臂側(cè)功率管驅(qū)動信號與欠壓檢測器，U. V DETECTOR及6個低輸出阻抗MOS功率管驅(qū)動器DRIVER和1個或門電路。正常工作時，輸入的6路驅(qū)動信號經(jīng)輸入信號處理器處理后變?yōu)?路輸出脈沖，驅(qū)動下橋臂功率管的信號L1～L3經(jīng)輸出驅(qū)動器功放后，直接送往被驅(qū)動功率器件。而驅(qū)動上橋臂功率管的信號H1～H3 先經(jīng)集成于IR2130內(nèi)部的3個脈沖處理器和電平移位器中的自舉電路進行電位變換， 變?yōu)?路電位懸浮的驅(qū)動脈沖，再經(jīng)對應的3路輸出鎖存器鎖存并經(jīng)嚴格的驅(qū)動脈沖與否檢驗之后，送到輸出驅(qū)動器進行功放后才加到被驅(qū)動的功率管。一旦外電流發(fā)生過流或直通，即電流檢測單元送來的信號高于0.5V時，則IR2130內(nèi)部的電流比較器迅速翻轉(zhuǎn)，促使故障邏輯處理單元輸出低電平，一則封鎖3路輸入脈沖信號處理器的輸出，使IR2130的輸出全為低電平，保護功率管；另一方面，同時IR2130的FAULT腳給出故障指示。同樣若發(fā)生IR2130的工作電源欠壓，則欠壓檢測器迅速翻轉(zhuǎn)，也會進行類似動作。發(fā)生故障后，IR2130內(nèi)的故障邏輯處理單元的輸出將保持故障閉鎖狀態(tài)。直到故障清除后，在信號輸入端LIN1～LIN3同時被輸入高電平，才可以解除故障閉鎖狀態(tài)。

當IR2130驅(qū)動上橋臂功率管的自舉電源工作電壓不足時，則該路的驅(qū)動信號檢測器迅速動作，封鎖該路的輸出，避免功率器件因驅(qū)動信號不足而損壞。當逆變器同一橋臂上2個功率器件的輸入信號同時為高電平，則IR2130輸出的2路門極驅(qū)動信號全為低電平，從而可靠地避免橋臂直通現(xiàn)象發(fā)生。

4  采用IR2130的逆變器電路結(jié)構(gòu)

采用IR2130芯片驅(qū)動逆變器功率管時，其基本主電路結(jié)構(gòu)不需要改變，仍可用典型的三相電壓型逆變器電路，為便于表示，圖3畫出了IR2130驅(qū)動其中1個橋臂的電路示意圖，圖中C1是自舉電容，為上橋臂功率管驅(qū)動的懸浮電源存儲能量，D1的作用防止上橋臂導通時的直流電壓母線電壓到IR2130的電源上而使器件損壞，因此D1應有足夠的反向耐壓，當然由于D1與C1串聯(lián)，為了滿足主電路功率管開關頻率的要求，D1應選快速恢復二極管。R1和R2是IGBT的門極驅(qū)動電阻，一般可采用10到幾十歐。R3和R4組成過流檢測電路，其中R3是過流取樣電阻，R4是作為分壓用的可調(diào)電阻。IR2130的HIN1～HIN3、LIN1～LIN3作為功率管的輸入驅(qū)動信號與單片機連接，由單片機控制產(chǎn)生PWM控制信號的輸入，F(xiàn)AULT與單片機外部中斷引腳連接，由單片機中斷程序來處理故障。

其容量取決于被驅(qū)動功率器件的開關頻率、占空比以及充電回路電阻，必須保證電容充電到足夠的電壓，而放電時其兩端電壓不低于欠壓保護動作值，當被驅(qū)動的開關頻率大于5kHz時，該電容值應不小于0.1μF，且以瓷片電容為好。

5  實驗及結(jié)果分析

在完成上述硬件設計的基礎上，本文采用特定諧波消除式PWM控制策略^［2］ ，使逆變器拖動1臺1.1kW的感應電機運行，并進行了短路、電機堵轉(zhuǎn)等實驗，證明采用IR2130驅(qū)動的逆變器性能穩(wěn)定，能可靠地實現(xiàn)過流和短路保護。圖4是電機在50Hz空載條件下，用數(shù)字示波器TDS220記錄的穩(wěn)態(tài)電壓和電流波形。

6  結(jié)語

本文采用IR2130器件實現(xiàn)單芯片單電源供電的三相逆變器的驅(qū)動，只要合理地選擇浮充電容，驅(qū)動電路工作十分可靠，它不僅使電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性提高，而且可以可靠地實現(xiàn)短路、過流、欠壓和過壓等故障保護。

最近正在學習&調(diào)試此類板子，希望能夠共同探討一下

好資料

I請問R2130  在輸入信號時  有沒有電壓要小于5V的要求?。?/p>