摘 要： 針對IGBT的半橋或者全橋的驅(qū)動，利用具有雙通道集成驅(qū)動的IR2110來驅(qū)動IGBT。對其自舉工作原理進行了分析，同時增加了柵極電平箝位電路，克服了IR2110不能產(chǎn)生負(fù)偏壓的缺點，并在2 kW、400 V汽車直流充電器中以此驅(qū)動IKW40N120T2電路的試驗中驗證了其理論分析的正確性。
關(guān)鍵詞： IR2110；自舉；箝位電路；負(fù)偏壓
用于IGBT或功率MOSFET驅(qū)動的集成芯片模塊中，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，如果要驅(qū)動全橋結(jié)構(gòu)的逆變電源則需要4個隔離的驅(qū)動模塊，不但費用高、而且體積大。美國IR公司推出的高壓浮動驅(qū)動集成模塊IR2110是一種新型的功率MOSFET或IGBT驅(qū)動模塊，它本身允許驅(qū)動信號的電壓上升率達(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采用自舉法實現(xiàn)高壓浮動?xùn)艠O雙通道驅(qū)動，因此可以驅(qū)動500 V以內(nèi)的同一相橋臂的上下兩個開關(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)動電路只需一個外接電源。
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)動橋式電路時，由于密勒效應(yīng)的存在，在開通與關(guān)斷時刻，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)動輸出阻抗不夠小，沿柵極灌入的位移電流會在驅(qū)動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，將會造成橋臂瞬間短路。而本文設(shè)計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)動信號使V1導(dǎo)通，V2截止，正常驅(qū)動IGBT；上管關(guān)斷期間，V1截止，V2導(dǎo)通，將驅(qū)動輸出拉到零電平。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)動電路[4]如圖3所示。
由圖3可見，用1片IR2110就可對半橋進行觸發(fā)，并且實現(xiàn)了自舉作用，同時通過設(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。
4 實驗結(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，實驗證明此驅(qū)動電路對IGBT全橋逆變電路的驅(qū)動是非常好的。IR2110的雙通道驅(qū)動輸出如圖4所示。
本文介紹了IR2110在橋式逆變電路驅(qū)動中的應(yīng)用，通過改進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際應(yīng)用，驗證了修改過的IR2110驅(qū)動電路的可行性，同時說明了該驅(qū)動電路具有體積小、成本低、電路簡單、實用性和可靠性高等優(yōu)點。
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