ir2130應(yīng)用電路

摘  要：介紹了IR2130集成芯片的特點(diǎn)和工作原理，設(shè)計(jì)了采用該芯片驅(qū)動(dòng)的三相逆變器，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明用IR2130驅(qū)動(dòng)的逆變器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、保護(hù)可靠等優(yōu)點(diǎn)。

1  引言

逆變器己廣泛用于交流電氣傳動(dòng)、UPS等許多技術(shù)領(lǐng)域中，其主電路開關(guān)器件常采用IGBT或MOSFET等全控型器件，該器件的開關(guān)動(dòng)作需要靠獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)，并且要求驅(qū)動(dòng)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(dú)立電源，三相橋式逆變主電路需4組獨(dú)立電源)，這無疑增加輔助電源的設(shè)計(jì)困難和成本，同時(shí)也使驅(qū)動(dòng)電路變得復(fù)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(dòng)電路芯片雖然可以簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，但每個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片仍需要一個(gè)隔離的供電電源，且每個(gè)芯片僅可驅(qū)動(dòng)一個(gè)功率開關(guān)器件，應(yīng)用仍有不便。而美國國際整流器公司生產(chǎn)的專用驅(qū)動(dòng)芯片IR2130^［1］只需一個(gè)供電電源即可驅(qū)動(dòng)三相橋式逆變電路的6個(gè)功率開關(guān)器件，可以使整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單可靠。

2  IR2130驅(qū)動(dòng)芯片的特點(diǎn)

IR2130可用來驅(qū)動(dòng)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(dòng)電流為250mA，而反向峰值驅(qū)動(dòng)電流為500mA。它內(nèi)部設(shè)計(jì)有過流、過壓及欠壓保護(hù)、封鎖和指示網(wǎng)絡(luò)，使用戶可方便的用來保護(hù)被驅(qū)動(dòng)的MOS門功率管，加之內(nèi)部自舉技術(shù)的巧妙運(yùn)用使其可用于高壓系統(tǒng)，它還可對(duì)同一橋臂上下2個(gè)功率器件的門極驅(qū)動(dòng)信導(dǎo)產(chǎn)生2μs互鎖延時(shí)時(shí)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(shè)計(jì)有與被驅(qū)動(dòng)的功率器件所通過的電流成線性關(guān)系的電流放大器，電路設(shè)計(jì)還保證了內(nèi)部的3個(gè)通道的高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器和低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器可單獨(dú)使用，亦可只用其內(nèi)部的3個(gè)低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器，并且輸入信號(hào)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(gè)上橋臂功率管的驅(qū)動(dòng)器提供內(nèi)部懸浮電源，VS1～VC3是其對(duì)應(yīng)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(dòng)信號(hào)輸入端，低電平有效。

ITRIP：過流信號(hào)檢測(cè)輸入端，可通過輸入電流信號(hào)來完成過流或直通保護(hù)

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(hào)檢測(cè)。

HO1～HO3、LO1～L03：逆變器上下橋臂功率開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)器信號(hào)輸出端。

FAULT：過流、直通短路、過壓、欠壓保護(hù)輸出端，該端提供一個(gè)故障保護(hù)的指示信號(hào)。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(gè)電流比較器CURRENT COMPARATOR，1個(gè)電流放大器CURRENT AMP，1個(gè)自身工作電源欠壓檢測(cè)器UNDERVOLTAGE DETECTOR，1個(gè)故障處理單元FAULT LOGIC及1個(gè)清除封鎖邏輯單元CLEAR LOGIC。除上述外，它內(nèi)部還集成有3個(gè)輸入信號(hào)處理器INPUT SIGNAL GEN-ERATOR兩個(gè)脈沖處理和電平移位器PULSE GENERATOR LEVEL SHIFTER，3個(gè)上橋臂側(cè)功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)鎖存器LATCH，3個(gè)上橋臂側(cè)功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)與欠壓檢測(cè)器，U. V DETECTOR及6個(gè)低輸出阻抗MOS功率管驅(qū)動(dòng)器DRIVER和1個(gè)或門電路。正常工作時(shí)，輸入的6路驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)輸入信號(hào)處理器處理后變?yōu)?路輸出脈沖，驅(qū)動(dòng)下橋臂功率管的信號(hào)L1～L3經(jīng)輸出驅(qū)動(dòng)器功放后，直接送往被驅(qū)動(dòng)功率器件。而驅(qū)動(dòng)上橋臂功率管的信號(hào)H1～H3 先經(jīng)集成于IR2130內(nèi)部的3個(gè)脈沖處理器和電平移位器中的自舉電路進(jìn)行電位變換， 變?yōu)?路電位懸浮的驅(qū)動(dòng)脈沖，再經(jīng)對(duì)應(yīng)的3路輸出鎖存器鎖存并經(jīng)嚴(yán)格的驅(qū)動(dòng)脈沖與否檢驗(yàn)之后，送到輸出驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行功放后才加到被驅(qū)動(dòng)的功率管。一旦外電流發(fā)生過流或直通，即電流檢測(cè)單元送來的信號(hào)高于0.5V時(shí)，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(hào)處理器的輸出，使IR2130的輸出全為低電平，保護(hù)功率管；另一方面，同時(shí)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(cè)器迅速翻轉(zhuǎn)，也會(huì)進(jìn)行類似動(dòng)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(hào)輸入端LIN1～LIN3同時(shí)被輸入高電平，才可以解除故障閉鎖狀態(tài)。

當(dāng)IR2130驅(qū)動(dòng)上橋臂功率管的自舉電源工作電壓不足時(shí)，則該路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器迅速動(dòng)作，封鎖該路的輸出，避免功率器件因驅(qū)動(dòng)信號(hào)不足而損壞。當(dāng)逆變器同一橋臂上2個(gè)功率器件的輸入信號(hào)同時(shí)為高電平，則IR2130輸出的2路門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(dòng)逆變器功率管時(shí)，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(dòng)其中1個(gè)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(dòng)的懸浮電源存儲(chǔ)能量，D1的作用防止上橋臂導(dǎo)通時(shí)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(yīng)有足夠的反向耐壓，當(dāng)然由于D1與C1串聯(lián)，為了滿足主電路功率管開關(guān)頻率的要求，D1應(yīng)選快速恢復(fù)二極管。R1和R2是IGBT的門極驅(qū)動(dòng)電阻，一般可采用10到幾十歐。R3和R4組成過流檢測(cè)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(dòng)信號(hào)與單片機(jī)連接，由單片機(jī)控制產(chǎn)生PWM控制信號(hào)的輸入，F(xiàn)AULT與單片機(jī)外部中斷引腳連接，由單片機(jī)中斷程序來處理故障。

其容量取決于被驅(qū)動(dòng)功率器件的開關(guān)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(shí)其兩端電壓不低于欠壓保護(hù)動(dòng)作值，當(dāng)被驅(qū)動(dòng)的開關(guān)頻率大于5kHz時(shí)，該電容值應(yīng)不小于0.1μF，且以瓷片電容為好。

5  實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

在完成上述硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，本文采用特定諧波消除式PWM控制策略^［2］ ，使逆變器拖動(dòng)1臺(tái)1.1kW的感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行，并進(jìn)行了短路、電機(jī)堵轉(zhuǎn)等實(shí)驗(yàn)，證明采用IR2130驅(qū)動(dòng)的逆變器性能穩(wěn)定，能可靠地實(shí)現(xiàn)過流和短路保護(hù)。圖4是電機(jī)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(shí)現(xiàn)單芯片單電源供電的三相逆變器的驅(qū)動(dòng)，只要合理地選擇浮充電容，驅(qū)動(dòng)電路工作十分可靠，它不僅使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性提高，而且可以可靠地實(shí)現(xiàn)短路、過流、欠壓和過壓等故障保護(hù)。

最近正在學(xué)習(xí)&調(diào)試此類板子，希望能夠共同探討一下

好資料

I請(qǐng)問R2130  在輸入信號(hào)時(shí)  有沒有電壓要小于5V的要求啊？