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ir2130應用電路
摘 要：介紹了IR2130集成芯片的特點和工作原理，設計了采用該芯片驅動的三相逆變器，并進行了實驗研究，結果表明用IR2130驅動的逆變器具有結構簡單、工作穩定、保護可靠等優點。
1 引言
逆變器己廣泛用于交流電氣傳動、UPS等許多技術領域中，其主電路開關器件常采用IGBT或MOSFET等全控型器件，該器件的開關動作需要靠獨立的驅動電路來實現，并且要求驅動電路的供電電源彼此隔離(如單相橋式逆變主電路需3組獨立電源，三相橋式逆變主電路需4組獨立電源)，這無疑增加輔助電源的設計困難和成本，同時也使驅動電路變得復雜，降低了逆變器的可靠性。采用如EXB840等專用厚膜集成驅動電路芯片雖然可以簡化驅動電路的設計，但每個驅動芯片仍需要一個隔離的供電電源，且每個芯片僅可驅動一個功率開關器件，應用仍有不便。而美國國際整流器公司生產的專用驅動芯片IR2130［1］只需一個供電電源即可驅動三相橋式逆變電路的6個功率開關器件，可以使整個驅動電路簡單可靠。
2 IR2130驅動芯片的特點
IR2130可用來驅動工作在母電壓不高于600V的電路中的功率MOS門器件，其可輸出的最大正向峰值驅動電流為250mA，而反向峰值驅動電流為500mA。它內部設計有過流、過壓及欠壓保護、封鎖和指示網絡，使用戶可方便的用來保護被驅動的MOS門功率管，加之內部自舉技術的巧妙運用使其可用于高壓系統，它還可對同一橋臂上下2個功率器件的門極驅動信導產生2μs互鎖延時時間。它自身工作和電源電壓的范圍較寬(3～20V)，在它的內部還設計有與被驅動的功率器件所通過的電流成線性關系的電流放大器，電路設計還保證了內部的3個通道的高壓側驅動器和低壓側驅動器可單獨使用，亦可只用其內部的3個低壓側驅動器，并且輸入信號與TTL及COMS電平兼容。IR2130管腳如圖1所示。
VB1～VB3：是懸浮電源連接端，通過自舉電容為3個上橋臂功率管的驅動器提供內部懸浮電源，VS1～VC3是其對應的懸浮電源地端。 HIN1～HIN3、LIN1～LIN3：逆變器上橋臂和下橋臂功率管的驅動信號輸入端，低電平有效。
ITRIP：過流信號檢測輸入端，可通過輸入電流信號來完成過流或直通保護
CA-、CAO、Vso：內部放大器的反相端、輸出端和同相端，可用來完成電流信號檢測。
HO1～HO3、LO1～L03：逆變器上下橋臂功率開關器件驅動器信號輸出端。
FAULT：過流、直通短路、過壓、欠壓保護輸出端，該端提供一個故障保護的指示信號。它在芯片內部是漏極開路輸出端，低電平有效。Vcc、Vss：芯片供電電源連接端，Vcc接正電源，而Vss接電源地。
3 IR2130內部結構及其工作原理
IR2130的內部結構如圖2所示，它的內部集成有1個電流比較器CURRENT COMPARATOR，1個電流放大器CURRENT AMP，1個自身工作電源欠壓檢測器UNDERVOLTAGE DETECTOR，1個故障處理單元FAULT LOGIC及1個清除封鎖邏輯單元CLEAR LOGIC。除上述外，它內部還集成有3個輸入信號處理器INPUT SIGNAL GEN-ERATOR兩個脈沖處理和電平移位器PULSE GENERATOR LEVEL SHIFTER，3個上橋臂側功率管驅動信號鎖存器LATCH，3個上橋臂側功率管驅動信號與欠壓檢測器，U. V DETECTOR及6個低輸出阻抗MOS功率管驅動器DRIVER和1個或門電路。正常工作時，輸入的6路驅動信號經輸入信號處理器處理后變為6路輸出脈沖，驅動下橋臂功率管的信號L1～L3經輸出驅動器功放后，直接送往被驅動功率器件。而驅動上橋臂功率管的信號H1～H3 先經集成于IR2130內部的3個脈沖處理器和電平移位器中的自舉電路進行電位變換， 變為3路電位懸浮的驅動脈沖，再經對應的3路輸出鎖存器鎖存并經嚴格的驅動脈沖與否檢驗之后，送到輸出驅動器進行功放后才加到被驅動的功率管。一旦外電流發生過流或直通，即電流檢測單元送來的信號高于0.5V時，則IR2130內部的電流比較器迅速翻轉，促使故障邏輯處理單元輸出低電平，一則封鎖3路輸入脈沖信號處理器的輸出，使IR2130的輸出全為低電平，保護功率管；另一方面，同時IR2130的FAULT腳給出故障指示。同樣若發生IR2130的工作電源欠壓，則欠壓檢測器迅速翻轉，也會進行類似動作。發生故障后，IR2130內的故障邏輯處理單元的輸出將保持故障閉鎖狀態。直到故障清除后，在信號輸入端LIN1～LIN3同時被輸入高電平，才可以解除故障閉鎖狀態。
當IR2130驅動上橋臂功率管的自舉電源工作電壓不足時，則該路的驅動信號檢測器迅速動作，封鎖該路的輸出，避免功率器件因驅動信號不足而損壞。當逆變器同一橋臂上2個功率器件的輸入信號同時為高電平，則IR2130輸出的2路門極驅動信號全為低電平，從而可靠地避免橋臂直通現象發生。
4 采用IR2130的逆變器電路結構
采用IR2130芯片驅動逆變器功率管時，其基本主電路結構不需要改變，仍可用典型的三相電壓型逆變器電路，為便于表示，圖3畫出了IR2130驅動其中1個橋臂的電路示意圖，圖中C1是自舉電容，為上橋臂功率管驅動的懸浮電源存儲能量，D1的作用防止上橋臂導通時的直流電壓母線電壓到IR2130的電源上而使器件損壞，因此D1應有足夠的反向耐壓，當然由于D1與C1串聯，為了滿足主電路功率管開關頻率的要求，D1應選快速恢復二極管。R1和R2是IGBT的門極驅動電阻，一般可采用10到幾十歐。R3和R4組成過流檢測電路，其中R3是過流取樣電阻，R4是作為分壓用的可調電阻。IR2130的HIN1～HIN3、LIN1～LIN3作為功率管的輸入驅動信號與單片機連接，由單片機控制產生PWM控制信號的輸入，FAULT與單片機外部中斷引腳連接，由單片機中斷程序來處理故障。
其容量取決于被驅動功率器件的開關頻率、占空比以及充電回路電阻，必須保證電容充電到足夠的電壓，而放電時其兩端電壓不低于欠壓保護動作值，當被驅動的開關頻率大于5kHz時，該電容值應不小于0.1μF，且以瓷片電容為好。
5 實驗及結果分析
在完成上述硬件設計的基礎上，本文采用特定諧波消除式PWM控制策略［2］ ，使逆變器拖動1臺1.1kW的感應電機運行，并進行了短路、電機堵轉等實驗，證明采用IR2130驅動的逆變器性能穩定，能可靠地實現過流和短路保護。圖4是電機在50Hz空載條件下，用數字示波器TDS220記錄的穩態電壓和電流波形。
6 結語
本文采用IR2130器件實現單芯片單電源供電的三相逆變器的驅動，只要合理地選擇浮充電容，驅動電路工作十分可靠，它不僅使電路結構簡單，可靠性提高，而且可以可靠地實現短路、過流、欠壓和過壓等故障保護。
工商網監
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