IR2110初认识

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1、5）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马驱动 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

2、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 MOSFE，T 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MOSFE T同时器件本身允许驱动信号的电压上 升率达士 50V/卩s,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

3、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

4、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。 I R2 1 1 0 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

5、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，

6、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DSLAYSHIFT上负 SHIFTHo图 10-4 IR2110IR2110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，

7、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

8、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

9、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/Vc

10、c 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圭寸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Typical

11、ConnectionHIN。SD -LINo叩 toSOOVorSOOVv ocHO片HINVsSDLIN%J4mCOML0图10-5 IR2110 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0.1 卩F的陶瓷电容和一个1卩F的胆电容并联，电源Vdd上有一个 0.1卩F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

12、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 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门极充电 电荷、最大导通时间、最小导通时间