IR2XXX三相橋功率驅(qū)動芯片的原理及應用PrincipleandApplicationof3-PhaseBrigdeDriverIR2XXXSeries

摘要：IR2133/IR2135/IR2233/IR2235系列驅(qū)動芯片內(nèi)部集成了互相獨立的3組半橋驅(qū)動電路，具有多種保護電路，可直接驅(qū)動功率半導體MOSFET或IGBT。本文簡要介紹了其電氣性能、工作原理和典型應用電路。

關鍵詞：三相橋驅(qū)動；功率半導體；保護電路

1. 概述

International Rectifier公司的IR2133/IR2135/IR2233/IR2235系列驅(qū)動芯片是專為高電壓、高速度的功率MOSFET和IGBT而設計的。該系列驅(qū)動芯片內(nèi)部集成了互相獨立的3組半橋驅(qū)動電路，可對上下橋臂提供死區(qū)時間，特別適合于三相電源變換等方面的應用。芯片的輸入信號與5VCMOS或LSTTL電路輸出信號兼容，因此可直接驅(qū)動，而且其內(nèi)部集成了獨立的運算放大器，可通過外部橋臂電阻取樣電流構成模擬反饋輸入；具有故障電流保護功能和欠電壓保護功能，可關閉六個輸出通道，同時芯片能提供具有鎖存的故障信號輸出，此故障信號可由外部信號清除。各通道良好的延遲時間匹配簡化了其在高頻領域的應用。

2. IR2XXX的主要性能

2.1IR2XXX的封裝形式

IR2133/IR2135/IR2233/IR2235的封裝有28腳DIP、44腳PLCC和28腳SOIC三種形式，后兩種用于表面貼裝。圖1所示為28腳DIP形式封裝圖，各個管腳的功能說明如表1所列。

2.2IR2XXX主要參數(shù)

表2所列為IR2XXX的主要特性參數(shù)。表中的參數(shù)測試條件為：

℃除非另外說明，靜態(tài)時和參數(shù)的參考點均為

和參數(shù)的參考點為和，而動態(tài)時的負載電容值為100pF。

3. IR2XXX的內(nèi)部結(jié)構及典型應用

3.1芯片結(jié)構

IR2133/IR2135 /IR2233/IR2235的內(nèi)部電路功能框圖如圖2所示?？梢钥闯鲂酒奢斎肟刂七壿嫛⑶穳罕Ｗo、電流故障保護、故障邏輯、電流檢測及放大和輸出驅(qū)動等電路構成。

IR2XXX的輸入信號與5VCMOS或LSTTL電路輸出信號相兼容，其高電平為2.2V，低電平為0.8V。為防止噪聲干擾，輸入電路還設計了310ns的輸入濾波電路。當六路輸入中的一路為低電平時，其相對應的驅(qū)動輸出為高電平。另外，芯片中的輸入控制邏輯電路還為同一橋臂的高端和低端提供了死區(qū)時間，以避免同一橋臂上的被驅(qū)動功率元件在開關轉(zhuǎn)換過渡期間發(fā)生同時導通。如果同一橋臂的高端和低端輸入信號同時為低電平，則輸入控制邏輯電路可關閉同一橋臂的高端和低端驅(qū)動輸出。

3.2典型應用

IR2233的典型應用電路如圖3所示。此電路可將直流電壓+DC逆變?yōu)槿嘟涣鬏敵鲭妷海║、V、W）。直流電壓+DC來自三相橋式整流電路，交流最大輸入電壓為460VAC。逆變電路功率元件使用耐壓為1200V的IGBT元件IRGPH50KD2。驅(qū)動電路使用1200V的IR2233，單電源+15V供電電壓經(jīng)二極管隔離后又分別作為其三路高端驅(qū)動輸出的供電電源，電容C1、C2和C3分別為高端三路輸出的供電電源的自舉電容。PWM控制電路為逆變器提供六路控制信號、SD信號以及FLT-CLR控制信號。在圖3中R7為逆變器直流側(cè)的電流檢測電阻，它可將電流I轉(zhuǎn)換為電壓信號Vs，并送入驅(qū)動芯片IR2233的過電流信號輸入ITRIP端，如電流I過大，IR2233將關閉其六路驅(qū)動輸出。同時將電壓信號Vs送到芯片IR2233內(nèi)部電流運算放大器的同相輸入CA+端，并將放大器的輸出電壓送到PWM控制電路。電阻R9和R10可根據(jù)系統(tǒng)對過電流的要求來選取。

4. 使用中的幾個問題

利用IR2233設計如圖3所示的逆變器時應注意以下幾點：

·如果要求驅(qū)動電路輸出的正沿脈沖寬度較寬，則必須加大自舉電容容量，否則會造成欠壓保護電路工作。

·如果驅(qū)動電路與被驅(qū)動的功率器件距離較遠，則連接線應使用雙絞線。

·驅(qū)動電路輸出串接電阻一般應在10～33Ω，而對于小功率器件，串接電阻應該增加到30～50Ω。

·逆變器電路帶輕負載或低功率因數(shù)負載時，直流側(cè)會出現(xiàn)反向電流，這時電流放大器輸出會出現(xiàn)負值，為避免發(fā)生這種現(xiàn)象，電流放大器可設計成帶電壓偏移的差分輸入形式。

·為了增強系統(tǒng)的抗干擾能力，可使用高速光耦如6N136、TLP2531等元件將控制部分（如上述的PWM控制電路）與由IR2233構成的驅(qū)動電路隔離，這樣可使控制電路的邏輯地和驅(qū)動電路的邏輯地相互獨立。