IR2XXX三相橋功率驅(qū)動(dòng)芯片的原理及應(yīng)用

1. 概述

    International Rectifier公司的IR2133/IR2135/IR2233/IR2235系列驅(qū)動(dòng)芯片是專為高電壓、高速度的功率 MOSFET和IGBT而設(shè)計(jì)的。該系列驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部集成了互相獨(dú)立的3組半橋驅(qū)動(dòng)電路，可對(duì)上下橋臂提供死區(qū)時(shí)間，特別適合于三相電源變換等方面的應(yīng)用。芯片的輸入信號(hào)與 5VCMOS或LSTTL電路輸出信號(hào)兼容，因此可直接驅(qū)動(dòng)，而且其內(nèi)部集成了獨(dú)立的運(yùn)算放大器，可通過(guò)外部橋臂電阻取樣電流構(gòu)成模擬反饋輸入；具有故障電流保護(hù)功能和欠電壓保護(hù)功能，可關(guān)閉六個(gè)輸出通道，同時(shí)芯片能提供具有鎖存的故障信號(hào)輸出，此故障信號(hào)可由外部信號(hào)清除。各通道良好的延遲時(shí)間匹配簡(jiǎn)化了其在高頻領(lǐng)域的應(yīng)用。

2. IR2XXX的主要性能

2.1 IR2XXX的封裝形式
    IR2133/IR2135/IR2233/IR2235的封裝有28腳DIP、44腳PLCC和28腳SOIC三種形式，后兩種用于表面貼裝。

2.2 IR2XXX主要參數(shù)
    IR2XXX的主要特性參數(shù)。參數(shù)測(cè)試條件為：V_BIAS（V_CC，V_BS1,2,3）＝15V,V_S1,2,3=V_SS,T_A=25℃，除非另外說(shuō)明，靜態(tài)V_IN，V_TH和I_IN參數(shù)的參考點(diǎn)均為V_SS.V_O和I_O 參數(shù)點(diǎn)為V_SS和V_S1,2,3,而動(dòng)態(tài)時(shí)的負(fù)載電容值為100pF。

3. IR2XXX的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及典型應(yīng)用

3.1 芯片結(jié)構(gòu)
    IR2133/IR2135  /IR2233/IR2235的內(nèi)部電路功能。可以看出芯片由輸入控制邏輯、欠壓保護(hù)、電流故障保護(hù)、故障邏輯、電流檢測(cè)及放大和輸出驅(qū)動(dòng)等電路構(gòu)成。
    IR2XXX的輸入信號(hào)與5VCMOS或LSTTL電路輸出信號(hào)相兼容，其高電平V_IH為2.2V，低電平V_IL為0.8V。為防止噪聲干擾，輸入電路還設(shè)計(jì)了310ns的輸入濾波電路。當(dāng)六路輸入中的一路為低電平時(shí)，其相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)輸出為高電平。另外，芯片中的輸入控制邏輯電路還為同一橋臂的高端和低端提供了死區(qū)時(shí)間，以避免同一橋臂上的被驅(qū)動(dòng)功率元件在開關(guān)轉(zhuǎn)換過(guò)渡期間發(fā)生同時(shí)導(dǎo)通。如果同一橋臂的高端和低端輸入信號(hào)同時(shí)為低電平，則輸入控制邏輯電路可關(guān)閉同一橋臂的高端和低端驅(qū)動(dòng)輸出。
3.2 典型應(yīng)用
    IR2233的典型應(yīng)用電路。此電路可將直流電壓+DC逆變?yōu)槿嘟涣鬏敵鲭妷海║、V、W）。直流電壓+DC來(lái)自三相橋式整流電路，交流最大輸入電壓為460VAC。逆變電路功率元件使用耐壓為1200V的IGBT元件IRGPH50KD2。驅(qū)動(dòng)電路使用1200V的IR2233，單電源+15V供電電壓經(jīng)二極管隔離后又分別作為其三路高端驅(qū)動(dòng)輸出的供電電源，電容 C1、C2和C3分別為高端三路輸出的供電電源的自舉電容。PWM控制電路為逆變器提供六路控制信號(hào)、 SD信號(hào)以及FLT-CLR控制信號(hào)。R7為逆變器直流側(cè)的電流檢測(cè)電阻，它可將電流I轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)Vs，并送入驅(qū)動(dòng)芯片IR2233的過(guò)電流信號(hào)輸入ITRIP 端，如電流I過(guò)大，IR2233將關(guān)閉其六路驅(qū)動(dòng)輸出。同時(shí)將電壓信號(hào)Vs送到芯片IR2233內(nèi)部電流運(yùn)算放大器的同相輸入CA+端，并將放大器的輸出電壓V_CAO送到PWM控制電路。電阻R9和R10可根據(jù)系統(tǒng)對(duì)過(guò)電流的要求來(lái)選取。

4. 使用中的幾個(gè)問(wèn)題

利用IR2233設(shè)計(jì)的逆變器時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
●如果要求驅(qū)動(dòng)電路輸出的正沿脈沖寬度較寬，則必須加大自舉電容容量，否則會(huì)造成欠壓保護(hù)電路工作。
●如果驅(qū)動(dòng)電路與被驅(qū)動(dòng)的功率器件距離較遠(yuǎn)，則連接線應(yīng)使用雙絞線。
●驅(qū)動(dòng)電路輸出串接電阻一般應(yīng)在10～33Ω，而對(duì)于小功率器件，串接電阻應(yīng)該增加到30～50Ω。
●逆變器電路帶輕負(fù)載或低功率因數(shù)負(fù)載時(shí)，直流側(cè)會(huì)出現(xiàn)反向電流，這時(shí)電流放大器輸出會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，為避免發(fā)生這種現(xiàn)象，電流放大器可設(shè)計(jì)成帶電壓偏移的差分輸入形式。
●為了增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，可使用高速光耦如6N136、TLP2531等元件將控制部分（如上述的PWM控制電路）與由IR2233構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路隔離，這樣可使控制電路的邏輯地和驅(qū)動(dòng)電路的邏輯地相互獨(dú)立。