IR2110在IGBT驅(qū)動(dòng)電路中的應(yīng)用

江蜀華，國洪覓，褚衍賀

(青島科技大學(xué) 自動(dòng)化與電子工程學(xué)院，山東 青島 266042)

用于IGBT或功率MOSFET驅(qū)動(dòng)的集成芯片模塊中，應(yīng)用技術(shù)比較成熟的有東芝 LP250、富士EXB8系列、三菱M579系列等，但是這些模塊都是單驅(qū)動(dòng)，如果要驅(qū)動(dòng)全橋結(jié)構(gòu)的逆變電源則需要4個(gè)隔離的驅(qū)動(dòng)模塊，不但費(fèi)用高、而且體積大。美國IR公司推出的高壓浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)集成模塊IR2110是一種新型的功率MOSFET或IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，它本身允許驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓上升率達(dá)±50 V/μs，極大地減小了功率開關(guān)器件的開關(guān)損耗。此外，由于IR2110采用自舉法實(shí)現(xiàn)高壓浮動(dòng)?xùn)艠O雙通道驅(qū)動(dòng)，因此可以驅(qū)動(dòng)500 V以內(nèi)的同一相橋臂的上下兩個(gè)開關(guān)管，減小了裝置體積，節(jié)省了成本。

1 IR2110自舉電路工作原理分析

自舉電路如圖1所示，其工作原理[1]如下：Q2導(dǎo)通期間將 Vs的電位拉低到地，Vcc通過自舉電阻 Rbs和自舉二極管 Dbs給自舉電容 Cbs充電，通過電容 Cbs在 Vb和 Vs之間形成一個(gè)懸浮電源給上橋臂主開關(guān)器件Q1供電。自舉電路的存在使同一橋臂上、下主開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電路只需一個(gè)外接電源。

圖1 IR2110自舉電路

2 IR2110柵極電平箝位電路

由于IR2110不能產(chǎn)生負(fù)偏壓，將它用于驅(qū)動(dòng)橋式電路時(shí)，由于密勒效應(yīng)的存在，在開通與關(guān)斷時(shí)刻，集電極與柵極間的寄生電容有位移電流產(chǎn)生，容易在柵極上產(chǎn)生干擾。特別是在大功率情況下，關(guān)斷電流較大，IR2110驅(qū)動(dòng)輸出阻抗不夠小，沿柵極灌入的位移電流會(huì)在驅(qū)動(dòng)電壓上疊加形成比較嚴(yán)重的毛刺干擾。如果該干擾超過IGBT的最小開通電壓，將會(huì)造成橋臂瞬間短路。而本文設(shè)計(jì)的柵極電平箝位電路則解決了由于IR2110不能產(chǎn)生負(fù)偏壓而引起的橋臂短路現(xiàn)象[2]。柵極電平箝位電路如圖2所示。

在上管開通期間，驅(qū)動(dòng)信號(hào)使V1導(dǎo)通，V2截止，正常驅(qū)動(dòng)IGBT；上管關(guān)斷期間，V1截止，V2導(dǎo)通，將驅(qū)動(dòng)輸出拉到零電平。這樣，由于密勒效應(yīng)[3]產(chǎn)生的電流將從V2中流過，柵極上的毛刺就可以大大減小，從而避免了橋臂短路現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3 應(yīng)用IR2110驅(qū)動(dòng)的2 kW、400 V汽車直流充電器

應(yīng)用于2 kW、400 V汽車直流充電器中的IR2110驅(qū)動(dòng)電路[4]如圖3所示。

由圖3可見，用1片IR2110就可對(duì)半橋進(jìn)行觸發(fā)，并且實(shí)現(xiàn)了自舉作用，同時(shí)通過設(shè)置柵極電平箝位電路，克服了由于IR2110不能產(chǎn)生負(fù)偏壓而容易引起橋臂短路的缺點(diǎn)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在2 kW、400 V汽車直流充電器的全橋逆變電源中，采用IR2110驅(qū)動(dòng)IKW40N120T2電路，開關(guān)工作頻率為38.3 kHz，交流輸入為 125～250 V，直流輸出 400 V，實(shí)驗(yàn)證明此驅(qū)動(dòng)電路對(duì)IGBT全橋逆變電路的驅(qū)動(dòng)是非常好的。IR2110的雙通道驅(qū)動(dòng)輸出如圖4所示。

本文介紹了IR2110在橋式逆變電路驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用，通過改進(jìn)后的帶有柵極電平的箝位電路，在避免出現(xiàn)由于密勒效應(yīng)而造成的IGBT短路中達(dá)到了很好的效果，并且通過在2 kW、400 V汽車直流充電器中的實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了修改過的IR2110驅(qū)動(dòng)電路的可行性，同時(shí)說明了該驅(qū)動(dòng)電路具有體積小、成本低、電路簡單、實(shí)用性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

[1]李宏，王崇武.現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]陳國呈.新型電力電子變換技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2004.

[3]王磊.IGBT驅(qū)動(dòng)電路模塊化設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2007，26(12)：119-123.

[4]彭智剛.IGBT驅(qū)動(dòng)電路[J].電子產(chǎn)品世界，2007(2)：122-123.