半桥设计经典

IR2110IR21101kHzdv/dt50EXB840/841EXB850/851M57959L/ALM57962L/ALHR065IRIR21102IR2110IR2110HVICCMOSDIP14500Vdv/dt=50V/ns15V116mW3,1020V9515VTTLCMOS5V500kHz120ns94ns2AIR21101IR21101IR211023IR21102C1VD1C2VCCS1C1VC1VCCHINVM1VM2VC1S1C1VM1Rg1S1Cgc1Cgc1VC1HINVM2VM1S1Rg1VM2S1tdLINS2VCCVD1S2C1C142VD1C1IR2110PWM4.1IGBTPMPOWERMOSFET10V8.7/8.3V1.5VVD11/2VTH35VC1=1C12Qg/(VCC101.5)FUJI50A/600VIGBTQg=250nCVCC=15VC1=2250109/(15101.5)=1.4107FC1=0.22F35V4.2ton(max)Vge1PMIGBTCgeVCC=15V15AIgQsC14.1Qg=250nCU=VCC101.5=3.5VQavail=UC=3.50.22=0.77CQ=0.770.25=0.52CUc=Q/C=0.52/0.22=2.36VUc=102.36=12.36VU=UcR===1Mtton(max)===1.236ton(max)=1060.22106ln1.236=46.6ms4.3ton(min)Cgeton(min)IR2110()3IR211044.45IR2110PMIGBTVge=0dv/dtPMIGBT35V5.1IR21103NPMOSFETVD2C2R2VM2C3C4VD3VD4H07VCC=15VC410V5.2IR21104C1VD1R1R11mAHVVCCR2C2VD24.7V3VM1VM4MOSFET62kW400Hz115V/200V50Hz220VHV300Vfs=13.2kHz6MBI25L060IR211015V580C196MC6IR211077IR211056IR2110750V/DIV5）驱动电路设计IR2110是美国国际整流器公司（InternationalRectifierCompany）于1990年前后开发并投放市场至今独家生产的大功率MOSFET专用驱动集成电路。IR2110的研制成功，使MOSFET驱动电路设计大为简化，又具有快速完整的保护功能，因而它的应用可极大地提高控制系统的可靠性并缩小控制板的尺寸。IR2110自举技术(自举电路也叫升压电路，利用自举升压二极管,自举升压电容等电子元件，使电容放电电压和电源电压叠加，从而使电压升高．有的电路升高的电压能达到数倍电源电压.自举二极管的作用，是利用其单向导电性完成电位叠加自举，二极管导通时，电容充电到U1，二极管截止时，电路通过电容放电时U1与电路串联叠加自举！)同时输出两路驱动信号,驱动逆变桥中高压侧与低压侧MOSFET，它的内部为自举工作设计了悬浮电源，悬浮电源保证了IR2110直接可用于母线电压为-4——+500V的系统中来驱动功率MOSFET。同时器件本身允许驱动信号的电压上升率达±50V/μs，芯片自身有整形功能，实现了不论其输入信号前后沿陡度如何，都可保证加到被驱动MOSFET栅极上的驱动信号前后沿很陡，因而可极大地减少被驱动功率器件的开关时间，降低开关损耗。IR2110的功耗很小，故可极大地减小应用它来驱动功率MOS器件时栅极驱动电路的电源容量。从而可减小栅极驱动电路的体积和尺寸，当其工作电源电压为15V时，其功耗仅为1.6mW。IR2110的合理设计，使其输入级电源与输出级电源可应用不同的电压值，因而保证了其输入与CMOS或TTL电平兼容，而输出具有较宽的驱动电压范围，它允许的工作电压范围为5-20V。同时，允许逻辑地与工作地之间有-5--+5V的电位差。在IR2110内部不但集成有独立的逻辑电源实现与用户脉冲匹配，而且还集成有滞后和下拉特性的施密特触发器作为输入级，保证当驱动电路电压不足时封锁驱动信号，防止被驱动功率MOS器件退出饱和区、进入放大区而损坏。IR2110完善的设计，使它自身可对输入的两个通道信号之间产生合适的延时，保证加到被驱动的同桥臂上的两个功率MOS器件的驱动信号之间有一互锁时间间隔，防止了被驱动的逆变桥中两个功率MOS器件同时导通，防止了直通短路的危险。IR2110的的最高工作频率较高，内部对信号的延时很小。对两个通道来说，其典型开通延时为120ns，而关断延时为94ns，且两个通道之间的延时误差不超过±-10ns，因而决定了IR2110可用来实现最高工作频率大于1MHz的门极驱动。IR2110的输出级采用推挽结构(推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制，总是在一个三极管导通的时候另一个截止)来驱动功率MOSFET，输出最大为2A的驱动电流，且开关速度较快，当所驱动的功率MOS器件的栅极等效电容为1000pF时，该开关时间的典型值为25ns。IR2110原理图见图10-4。从图可见，其内部集成有一个逻辑信号输入级及两个独立的、分别以高电压、低电压为基准的输出通道，它的主要构成有三个独立的施密特触发器、两个RS触发器、两个Vdd/Vcc电平转换器(TTL、CMOS、ECL等电路的高低电平阀值不同，他们之间逻辑连接需要电平转换；还有，就是接口与接口之间的，如RS232与485之间，USB与串口之间等等，由于这些接口协议里面定义的电平不同，所以也需要电平转换。)、一个脉冲放大环节、一个脉冲滤波环节、一个高压电平转换网络及两个或非门、六个MOS场效应晶体管、一个具有反相输出的与非门、一个反向器和一个逻辑网络图10-4IR2110的原理图IR2110的工作原理可简述如下：两个输出通道（上通道及下通道）的控制脉冲通过逻辑电路与输入信号相对应，当保护信号（SD）输入端为低电平时，同相输出的施密特触发器输出为低电平，两个RS触发器的置位信号无效，两或非门的输出跟随HIN及LIN变化；而当SD端输入为高电平时，因施密特触发器输出高电平，两个RS触发器置位，两或非门输出恒为低电平，HIN及LIN输入信号无效，此时即使SD变为低电平，但由于RS触发器由Q端维持高电平，两或非门输出将保持低电平，直到施密特触发器输出脉冲的上升沿到来，两个或非门才因RS触发器翻转为低电平而跟随HIN及LIN变化。由于逻辑输入级中的施密特触发器具有一定的滞后，因而整个逻辑输入级具有良好的抗干扰能力，并可接受上升时间较长的输入信号，再则逻辑电路以其自身的逻辑电源为基准，这就决定了逻辑电源可用比输出电源电压低得多的电源。为了将逻辑信号电平转变为输出驱动信号电平，片内设置两个抗干扰性能很好的Vdd/Vcc电平转换电路，该电路的逻辑地电位（Vss）和功率电路地电位（COM）之间允许有+/-5V的额定偏差，因此决定了逻辑电路不受输出驱动开关动作而产生的耦合干扰的影响。集成于片内下通道内的延时网络实现了两个通道的传输延时，此种结构简化了控制电路时间上的要求。两个通道分别应用了两个相同的推挽式低阻场效应晶体管，该两个场效应晶体管分别有两个N沟道的MOSFET驱动，因而其输出峰值电流可达2A以上，由于这种推挽式结构，所以驱动容性负载时上升时间比下降时间长，这一特征非常适宜功率驱动电路应用，这是由于慢慢导通的MOSFET会减小二极管的反向恢复电流，但会增大损耗。对于上通道，开通和关断脉冲分别由HIN的上升和下降沿触发，用以驱动电平转换器，转换器接着又对工作于悬浮电位上的RS触发器进行置位或复位，这便是以地电位为基准的HIN信号的电平转换为悬浮电位的过程。由于Vs端快速dV/dt瞬变产生的RS触发器的误触发可以通过一个鉴别电路与正常的下拉脉冲有效地区别开来，这样，上通道基本上可承受任意幅值的dV/dt值，并保证了上通道的电平转换电路即使在Vs端电压降到比COM端还低4V时仍能正常工作。对于下通道，由于正常时SD为低电平、Vcc不欠压，所以施密特触发器的输出跟随LIN而变化，此信号经下通道中的Vdd/Vcc电平转换器转换后加给延时网络，由延时网络延时一定的时间后加到与非门电路，其同相和反向输出分别用来控制两个互补输出级中的低阻场效应晶体管驱动级中的MOS管，当Vcc低于电路内部整定值时，下通道中的欠压检测环节输出，在封锁下通道的同时封锁上通道的脉冲产生环节，使整个芯片的输出被封锁；而当Vb欠电压时，则上通道中的欠电压检测环节输出仅封锁上通道的输出脉冲。IR2110的典型应用连接图见图10-5。通常，它的输出级的工作电源是一悬浮电源，这是通过一种自举技术由固定的电源得来的。充电二极管VD的耐压能力必须大于高于母线的峰值电压，为了减小功耗，推荐采用快恢复的二极管图10-5IR2110典型连接图为了向需要开关的容性负载提供瞬态电流，应用中应在Vcc和COM间、Vdd和Vss间连接两个旁路电容，这两个电容及Vb和Vs间的储能电容都要与器件就近连接。建议Vcc上的旁路电容用一个0.1μF的陶瓷电容和一个1μF的胆电容并联，电源Vdd上有一个0.1μF的陶瓷电容就足够了。功率的MOSFET或IGBT可在输出处串一个栅极电阻，栅极电阻的值依赖于电磁兼容（EMC）的需要、开关损耗及其最大允许dV/dt值由于电平转换损耗通常比漏电损耗要大得多，因而静态损耗通常可忽略。实验证明：当VB为定值时，对容性负载来说，在一定的工作温度下，随着被驱动的MOSFET或IGBT工作开关频率的提高，在固定的高压母线电压VH下，开关损耗值将线性增大，并且随着被驱动的MOSFET或IGBT工作电路中高压母线电压的提高，开关损耗亦增大，并且随着容性负载电容值的增大而增大，实际上，在电平转换期间，Vs是变化的。自举电容C依赖于开关频率，占空比和功率MOSFET或IGBT栅极的充电需要，应注意的是电容两端电压不允许低于欠电压封锁临界值，否则将产生保护性关断。具体说来，自举电容C大小取决于MOSFET的门极充电电荷、最大导通时间、最小导通时间请问怎么确定IR2110能驱动多大的MOS管啊？手册上IR2110的输出电压是10-20V，电流是2A，MOS管是电压驱动型，要2A的电流有什么用啊？随着PWM技术在变频、逆变频等领域的运用越来越广泛，以及IGBT、PowerMOSFET等功率性开关器件的快速发展，使得PWM控制的高压大功率电源向着小型化、高频化、智能化、高效率方向发展。本文采用电压脉宽型PWM控制芯片SG3525A，以及高压悬浮驱动器IR2110，用功率开关器件IGBT模块方案实现高频逆变电源。另外，用单片机控制技术对此电源进行控制，使整个系统结构简单，并实现了系统的数字智能化。SG3525A性能和结构SG3525A是电压型PWM集成控制器，外接元器件少，性能好，包括开关稳压所需的全部控制电路。其主要特性包括：外同步、软启动功能；死区调节、欠压锁定功能；误差放大以及关闭输出驱动信号等功能；输出级采用推挽式电路结构，关断速度快，输出电流±400mA；可提供精密度为5V±1%的基准电压；开关频率范围100Hz~400KHz。其内部结构主要包括基准电压源、欠压锁定电路、锯齿波振荡器、误差放大器等，如图1所示。IR2110性能和结构IR2110是美国IR公司生产的高压、高速PMOSFET和IGBT的理想驱动器。该芯片采用HVIC和闩锁抗干扰制造工艺，集成DIP、SOIC封装。其主要特性包括：悬浮通道电源采用自举电路，其电压最高可达500V；功率器件栅极驱动电压范围10V~20V；输出电流峰值为2A;逻辑电源范围5V~20V，而且逻辑电源地和功率地之间允许+5V的偏移量；带有下拉电阻的COMS施密特输入端，可以方便地与LSTTL和CMOS电平匹配；独立的低端和高端输入通道，具有欠电压同时锁定两通道功能;两通道的匹配延时为10ns；开关通断延时小，分别为120ns和90ns;工作频率达500kHz