IR2110在IGBT驱动电路中的应用

摘  要： 针对IGBT的半桥或者全桥的驱动，利用具有双通道集成驱动的IR2110来驱动IGBT。对其自举工作原理进行了分析，同时增加了栅极电平箝位电路，克服了IR2110不能产生负偏压的缺点，并在2 kW、400 V汽车直流充电器中以此驱动IKW40N120T2电路的试验中验证了其理论分析的正确性。
关键词： IR2110；自举；箝位电路；负偏压
       用于IGBT或功率MOSFET驱动的集成芯片模块中，应用技术比较成熟的有东芝LP250、富士EXB8系列、三菱M579系列等，但是这些模块都是单驱动，如果要驱动全桥结构的逆变电源则需要4个隔离的驱动模块，不但费用高、而且体积大。美国IR公司推出的高压浮动驱动集成模块IR2110是一种新型的功率MOSFET或IGBT驱动模块，它本身允许驱动信号的电压上升率达±50 V/μs，极大地减小了功率开关器件的开关损耗。此外，由于IR2110采用自举法实现高压浮动栅极双通道驱动，因此可以驱动500 V以内的同一相桥臂的上下两个开关管，减小了装置体积，节省了成本。
1 IR2110自举电路工作原理分析
     自举电路如图1所示，其工作原理[1]如下：Q2导通期间将Vs的电位拉低到地，Vcc通过自举电阻Rbs和自举二极管Dbs给自举电容Cbs充电，通过电容Cbs在Vb和Vs之间形成一个悬浮电源给上桥臂主开关器件Q1供电。自举电路的存在使同一桥臂上、下主开关器件驱动电路只需一个外接电源。
   
   2 IR2110栅极电平箝位电路
     由于IR2110不能产生负偏压，将它用于驱动桥式电路时，由于密勒效应的存在，在开通与关断时刻，集电极与栅极间的寄生电容有位移电流产生，容易在栅极上产生干扰。特别是在大功率情况下，关断电流较大，IR2110驱动输出阻抗不够小，沿栅极灌入的位移电流会在驱动电压上叠加形成比较严重的毛刺干扰。如果该干扰超过IGBT的最小开通电压，将会造成桥臂瞬间短路。而本文设计的栅极电平箝位电路则解决了由于IR2110不能产生负偏压而引起的桥臂短路现象[2]。栅极电平箝位电路如图2所示。
   
       在上管开通期间，驱动信号使V1导通，V2截止，正常驱动IGBT；上管关断期间，V1截止，V2导通，将驱动输出拉到零电平。这样，由于密勒效应[3]产生的电流将从V2中流过，栅极上的毛刺就可以大大减小，从而避免了桥臂短路现象的出现。
3 应用IR2110驱动的2 kW、400 V汽车直流充电器
     应用于2 kW、400 V汽车直流充电器中的IR2110驱动电路[4]如图3所示。
   
       由图3可见，用1片IR2110就可对半桥进行触发，并且实现了自举作用，同时通过设置栅极电平箝位电路，克服了由于IR2110不能产生负偏压而容易引起桥臂短路的缺点。
4 实验结果
     在2 kW、400 V汽车直流充电器的全桥逆变电源中，采用IR2110驱动IKW40N120T2电路，开关工作频率为38.3 kHz，交流输入为125~250 V，直流输出400 V，实验证明此驱动电路对IGBT全桥逆变电路的驱动是非常好的。IR2110的双通道驱动输出如图4所示。
   
       本文介绍了IR2110在桥式逆变电路驱动中的应用，通过改进后的带有栅极电平的箝位电路，在避免出现由于密勒效应而造成的IGBT短路中达到了很好的效果，并且通过在2 kW、400 V汽车直流充电器中的实际应用，验证了修改过的IR2110驱动电路的可行性，同时说明了该驱动电路具有体积小、成本低、电路简单、实用性和可靠性高等优点。
参考文献
[1] 李宏，王崇武．现代电力电子技术基础[M].北京：机械工业出版社，2008.
[2] 陈国呈．新型电力电子变换技术[M].北京：中国电力出版社，2004.
[3] 王磊．IGBT驱动电路模块化设计[J].自动化技术与应用，2007，26(12)：119-123.
[4] 彭智刚.IGBT驱动电路[J].电子产品世界，2007(2)：122-123.