摘 要： 針對(duì)IGBT的半橋或者全橋的驅(qū)動(dòng)，利用具有雙通道集成驅(qū)動(dòng)的IR2110來(lái)驅(qū)動(dòng)IGBT。對(duì)其自舉工作原理進(jìn)行了分析，同時(shí)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(diǎn)，并在2 kW、400 V汽車(chē)直流充電器中以此驅(qū)動(dòng)IKW40N120T2電路的試驗(yàn)中驗(yàn)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(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(guó)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(kāi)關(guān)器件的開(kāi)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?xún)?nèi)的同一相橋臂的上下兩個(gè)開(kāi)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(guò)自舉電阻Rbs和自舉二極管Dbs給自舉電容Cbs充電，通過(guò)電容Cbs在Vb和Vs之間形成一個(gè)懸浮電源給上橋臂主開(kāi)關(guān)器件Q1供電。自舉電路的存在使同一橋臂上、下主開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電路只需一個(gè)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(dòng)橋式電路時(shí)，由于密勒效應(yīng)的存在，在開(kāi)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(guò)IGBT的最小開(kāi)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(kāi)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(guò)，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(chē)直流充電器
應(yīng)用于2 kW、400 V汽車(chē)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(jiàn)，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(guò)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(chē)直流充電器的全橋逆變電源中，采用IR2110驅(qū)動(dòng)IKW40N120T2電路，開(kāi)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(guò)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(guò)在2 kW、400 V汽車(chē)直流充電器中的實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了修改過(guò)的IR2110驅(qū)動(dòng)電路的可行性，同時(shí)說(shuō)明了該驅(qū)動(dòng)電路具有體積小、成本低、電路簡(jiǎn)單、實(shí)用性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
[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(guó)呈．新型電力電子變換技術(shù)[M].北京：中國(guó)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.