IR2110功率驱动集成芯片应用

IR2110功率驱动集成芯片应用楚 斌（南京康尼机电新技术有限公司，江苏省南京市2l00l3）【摘 要】IR2ll0是IR 公司的桥式驱动集成电路芯片，它采用高度集成的电平转换技术，大大简化了逻辑电路对功率器件的控制要求，同时提高了驱动电路的可靠性。

对于典型的6管构成的三相桥式逆变器，采用3片IR2ll0驱动3个桥臂，仅需l 路l0V ~20V 电源。

这样，在工程上大大减少了控制变压器体积和电源数目，降低了产品成本，提高了系统可靠性。

文中介绍了该芯片的主要功能及技术参数，并就芯片典型应用电路进行了设计和分析。

关键词：IR2ll0，自举电路，功率器件中图分类号：TN409收稿日期：2004-06-0l ；修回日期：2004-07-230 引 言随着功率VMOS 器件以及绝缘栅双极晶体管（IGBT ）器件的广泛运用，更多场合使用VMOS 器件或IGBT 器件组成桥式电路，例如开关电源半桥变换器或全桥变换器、直流无刷电机的桥式驱动电路、步进电机驱动电路以及逆变器的逆变电路。

IR （International Rectifier ）公司提供了多种桥式驱动集成电路芯片，本文介绍了IR2ll0功率驱动集成芯片在功率转换器中的应用。

该芯片是一种双通道、栅极驱动、高压高速功率器件的单片式集成驱动模块，在芯片中采用了高度集成的电平转换技术，大大简化了逻辑电路对功率器件的控制要求，同时提高了驱动电路的可靠性。

尤其是上管采用外部自举电容上电，使得驱动电源数目较其他IC 驱动大大减少。

对于典型的6管构成的三相桥式逆变器，采用3片IR2ll0驱动3个桥臂，仅需l 路l0V ~20V 电源。

这样，在工程上大大减少了控制变压器体积和电源数目，降低了产品成本，提高了系统可靠性。

本文通过作者在工程中对IR2ll0的应用，介绍了该芯片的主要功能、典型技术参数及使用注意事项。

1 IR2110主要功能及技术参数IR2ll0采用CMOS 工艺制作，逻辑电源电压范围为5V ~20V ，适应TTL 或CMOS 逻辑信号输入，具有独立的高端和低端2个输出通道。

由于逻辑信号均通过电平耦合电路连接到各自的通道上，容许逻辑电路参考地（USS ）与功率电路参考地（COM ）之间有-5V 和+5V 的偏移量，并且能屏蔽小于50ns 的脉冲，这样有较理想的抗噪声效果。

采用CMOS 施密特触发输入，以提高电路抗干扰能力。

采用DIPl4封装形式，芯片引脚输出如图l所示。

图1 IR2110引脚引脚l 和7是两路独立的输出，分别是LO （低端输出）和HO （高端输出），引脚3和6分别是VCC （低端电源电压）和VB （高端浮置电源电压），引脚9（VDD ）是逻辑电路电源电压，引脚2（COM ）是低端电源公共端，引脚5和l3分别是VS （高端浮置电源公共端）和VSS （逻辑电路接地端），引脚l0（HIN ）是逻辑输入控制端，引脚ll （SD ）是输入关闭端，引脚l2（LIN ）是低端逻辑输入。

IR2ll0浮置电源采用自举电路，其高端工作电压可达500V ，工作频率可达到500kHz 。

两路通道均带有滞后欠压锁定功能。

其推荐典型工作参数如表l 所示，动态传输延迟时间参数如表2所示。

表1 IR2110工作参数参数最小值/V 最大值/V VBVS +l0VS +20VS -4500HO VS VB VCC l020LO 0VCC VDD VCC +4.5VCC +20VSS -5+5HIN ，SD ，LIN VSSVDD·33·第30卷第l0期2004年l0月 电子工程师ELECTRONIC ENGINEERVol.30No.l0Oct.2004表2 动态传输延迟时间参数参数典型值/ns 最大值/ns 开通延迟时间!On l20l50关断延迟时间!Off 94l25开通上升时间!r 2535关断下降时间!f l725输入关闭延迟时间!sdll0l402 典型电路应用及注意事项IR2ll0驱动半桥电路的典型应用原理见图2。

图2 IR2110驱动半桥电路的典型应用原理图2中，C2为自举电容，VCC 经D2、C2、负载、T2给C2充电，以确保T2关闭、Tl 导通时，Tl 管的栅极靠C2上足够的储能来驱动。

对于自举电容的选择，一般用一个大电容和一个小电容并联使用，在频率为20khz 左右的工作状态下，选用l.0!F 和0.l !F 电容并联。

并联高频小电容用来吸收高频毛刺干扰电压。

驱动大容量的IGBT ，在工作频率较低的情况下，要注意自举电容电压稳定性问题，上管的驱动波形峰顶如果出现下降的现象则要选取大的电容。

根据表l ，VB 高于VS 电压的最大值为20V ，为了避免VB 过电压损坏IR2ll0，电路中增加了稳压二极管Dl 。

电路中D2的功能是防止Tl 导通时高电压串入VCC 端损坏该芯片。

IR2ll0的开通与关断传输延迟时间基本匹配，开通传输延迟时间比关断传输延迟时间长25ns （见表2），这保证了功率管Tl 和T2在工作时不会发生同时导通，从而避免了直通故障的发生。

为了更加安全，在电路中，功率管的栅极上分别串联电阻Rl 、R2以及二极管D3、D4。

功率器件的栅源极的驱动电压一般为CMOS 电平（5V ~20V ），因此要在栅极增加保护电路，电路中D7、D8稳压二极管限制了所加栅极电压，另外电阻R3、R4进行分压，同时也降低了栅极电压。

功率器件Tl 、T2在开关过程中会产生浪涌电压，这些浪涌电压会损坏元件，所以电路中采用稳压二极管D5，D6钳位浪涌电压。

由于在桥式电路中存在寄生电感，而桥式电路一般负载为感性负载，在功率管开关瞬间、电源短路以及过电流关断时，d "/d !比较大，功率管会产生过冲电压，会使VS 端电压低于COM 端，而表l 所示该电压不能低于-4V ，如果超出该极限电压就会引起高端通道工作不稳定。

根据笔者经验，在设计印制电路板（PCB ）时，采取下列推荐方法可以减小VS 负过冲电压：a ）将功率管紧密放置，并且在焊接功率器件时尽量使引脚最短，以减少PCB 布线长度和引脚间寄生电感的影响。

b ）功率驱动集成芯片尽可能靠近功率管放置。

c ）连接两功率管的走线采用宽线直接连接，不要有环路。

d ）在电源线与功率管之间增加去耦电容（一般为0.l !F 或l.0!F ）。

在许多场合，为了防止功率管和负载因过电流损坏，需对电流值进行严格控制。

例如，控制直流电机和步进电机时，如果电流过大会烧毁。

利用IR2ll0的SD 端可实现过电流保护控制功能，其过电流保护的工作原理如图3所示。

稳压二极管Dl 提供一标准电压，电组R2对电流进行采集，将其转换成电压信号，再与标准电压相比较，当电流达到规定值时，比较器输出高电平，提供给IR2ll0的SD 端，IR2ll0控制切断功率管，从而防止过电流的产生。

电流值的大小可以根据稳压二极管稳压值及电流检测电阻计算出来。

当IR2ll0用于驱动大功率IGBT 管时，SD 端的过电流保护功能应慎重使用，因为大电流关断下d "/d !很大，控制及驱动电路屏蔽不好情况下会串入很大的干扰信号，很容易引起SD端保护误动作。

图3 过电流保护原理3 结束语IR2ll0驱动电路简单，成本低，在工程中得到了广泛应用。

本文介绍了单相驱动的典型电路应用及注意事项，当需要驱动两相甚至多相电路时，可将该电路进行复制使用。

另外，功率器件供电电源一般均为高电压或大电流，因此在电路调试时要特别小心，否则很容易损坏元器件，建议通电前仔细检查电路，特别是驱·43··微电子与基础产品·电子工程师2004年l0月动电路和功率器件电路；在多相电路调试时应先进行单相电路调试，然后再进行其他电路调试。

参考文献［I］陶海敏，何湘宁.IR2IIO在驱动大功率IGBT模块中的应用.电工技术杂志，2OO2，（9）：44~46［2］马瑞卿，刘卫国.自举式IR2IIO集成驱动电路的特殊应用.电力电子技术，2OOO，34（I）：3I~33［3］王英剑，常敏慧，何希才.新型开关电源实用技术.北京：电子工业出版社，2OOOApplication of Integrated Power Drive Chip IR2110Chu Bin（Nanjing Kangni MechanicaI-eIectricaI New TechnoIogy Co.Ltd.，Nanjing2IOOI3，China）【Abstract】How to drive Iarge power devices with the increasing appIications of Iarge power devices，especiaIIy in the study of bridge-circuit composed of Iarge power devices is becoming a hot topic.IR（Interna-tionaI Rectifier）corporation suppIies a Iarge number of drive circuits based on IC，such as IR2IIO.It adopts highIy integrated eIectric IeveI transfer technoIogy，significantIy simpIifying the controI reguest for Iogic circuit and improving the reIiabiIity.This paper introduces the main functions and technicaI parameters of integrated power drive chip IR2IIO in detaiI，furthermore，a typicaI appIication circuit is designed and anaIyZed in this paper.FinaIIy，the experience which the author has Iearned through practicaI appIication is aIso presented.Keywords：IR2IIO，bootstrap circuit，MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMpower device瑞萨科技推出包含OZROM存储器8位微控制器瑞萨科技公司日前宣布推出8位微控制器M37544G2A，这是在7544系列中纳入了OZROM存储器的产品。