IR2110在IGBT驅動電路中的應用

江蜀華，國洪覓，褚衍賀

(青島科技大學 自動化與電子工程學院，山東 青島 266042)

用于IGBT或功率MOSFET驅動的集成芯片模塊中，應用技術比較成熟的有東芝 LP250、富士EXB8系列、三菱M579系列等，但是這些模塊都是單驅動，如果要驅動全橋結構的逆變電源則需要4個隔離的驅動模塊，不但費用高、而且體積大。美國IR公司推出的高壓浮動驅動集成模塊IR2110是一種新型的功率MOSFET或IGBT驅動模塊，它本身允許驅動信號的電壓上升率達±50 V/μs，極大地減小了功率開關器件的開關損耗。此外，由于IR2110采用自舉法實現高壓浮動柵極雙通道驅動，因此可以驅動500 V以內的同一相橋臂的上下兩個開關管，減小了裝置體積，節省了成本。

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器件Q1供電。自舉電路的存在使同一橋臂上、下主開關器件驅動電路只需一個外接電源。

圖1 IR2110自舉電路

2 IR2110柵極電平箝位電路

由于IR2110不能產生負偏壓，將它用于驅動橋式電路時，由于密勒效應的存在，在開通與關斷時刻，集電極與柵極間的寄生電容有位移電流產生，容易在柵極上產生干擾。特別是在大功率情況下，關斷電流較大，IR2110驅動輸出阻抗不夠小，沿柵極灌入的位移電流會在驅動電壓上疊加形成比較嚴重的毛刺干擾。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。而本文設計的柵極電平箝位電路則解決了由于IR2110不能產生負偏壓而引起的橋臂短路現象[2]。柵極電平箝位電路如圖2所示。

在上管開通期間，驅動信號使V1導通，V2截止，正常驅動IGBT；上管關斷期間，V1截止，V2導通，將驅動輸出拉到零電平。這樣，由于密勒效應[3]產生的電流將從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象的出現。

3 應用IR2110驅動的2 kW、400 V汽車直流充電器

應用于2 kW、400 V汽車直流充電器中的IR2110驅動電路[4]如圖3所示。

由圖3可見，用1片IR2110就可對半橋進行觸發，并且實現了自舉作用，同時通過設置柵極電平箝位電路，克服了由于IR2110不能產生負偏壓而容易引起橋臂短路的缺點。

4 實驗結果

在2 kW、400 V汽車直流充電器的全橋逆變電源中，采用IR2110驅動IKW40N120T2電路，開關工作頻率為38.3 kHz，交流輸入為 125～250 V，直流輸出 400 V，實驗證明此驅動電路對IGBT全橋逆變電路的驅動是非常好的。IR2110的雙通道驅動輸出如圖4所示。

本文介紹了IR2110在橋式逆變電路驅動中的應用，通過改進后的帶有柵極電平的箝位電路，在避免出現由于密勒效應而造成的IGBT短路中達到了很好的效果，并且通過在2 kW、400 V汽車直流充電器中的實際應用，驗證了修改過的IR2110驅動電路的可行性，同時說明了該驅動電路具有體積小、成本低、電路簡單、實用性和可靠性高等優點。

[1]李宏，王崇武.現代電力電子技術基礎[M].北京：機械工業出版社，2008.

[2]陳國呈.新型電力電子變換技術[M].北京：中國電力出版社，2004.

[3]王磊.IGBT驅動電路模塊化設計[J].自動化技術與應用，2007，26(12)：119-123.

[4]彭智剛.IGBT驅動電路[J].電子產品世界，2007(2)：122-123.