摘要：介紹了IR2110驅(qū)動芯片的特點(diǎn)，對IGBT驅(qū)動電路的抗干擾技術(shù)作了具體分析，提出了幾種有效的抗干擾方法，如柵極電平箝位、關(guān)斷時負(fù)壓等，并在實(shí)際應(yīng)用中驗(yàn)證了它們的有效性。

　　關(guān)鍵詞：IR2110；柵極驅(qū)動；抗干擾；電平箝位

　　1引言

　　驅(qū)動IGBT電壓型功率器件，有多種帶保護(hù)功能及隔離驅(qū)動的集成驅(qū)動芯片，如EXB841系列，M57957系列等，但它們都只能驅(qū)動單個功率管。IR2110是一種雙通道高壓、高速電壓型功率開關(guān)器件柵極驅(qū)動器，具有自舉浮動電源，驅(qū)動電路非常簡單，只用一路電源可同時驅(qū)動上、下橋臂。但I(xiàn)R2110芯片有它本身的缺陷，不能產(chǎn)生負(fù)壓，在抗干擾方面比較薄弱。本文根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹了IR2110在驅(qū)動IGBT模塊中的柵極抗干擾技術(shù)。

　　2芯片功能簡介

　　IR2110包括：邏輯輸入、電平轉(zhuǎn)換、保護(hù)、上橋臂側(cè)輸出和下橋臂側(cè)輸出。邏輯輸入端采用施密特觸發(fā)電路，提高抗干擾能力。輸入邏輯電路與TTL／COMS電平兼容，其輸入引腳閾值為電源電壓Vdd的10％，各通道相對獨(dú)立。由于邏輯信號均通過電平耦合電路連接到各自的通道上，容許邏輯電路參考地(Vss)與功率電路參考地(COM)之間有－5V到＋5V的偏移量，并且能屏蔽小于50ns的脈沖，這樣便具有較理想的抗噪聲效果。兩個高壓MOS管推挽驅(qū)動器的灌入或輸出電流可達(dá)2A，上橋臂通道可以承受500V的電壓。輸入與輸出信號之間的傳導(dǎo)延時較小，開通傳導(dǎo)延時為120ns，關(guān)斷傳導(dǎo)延時為95ns。電源Vcc典型值為15V，邏輯電源和模擬電源共用一個15V電源，邏輯地和模擬地接在一起。輸出端設(shè)有對功率電源Vcc的欠壓保護(hù)，當(dāng)小于8.2V時，封鎖驅(qū)動輸出。

　　IR2110具有很多優(yōu)點(diǎn)：自舉懸浮驅(qū)動電源可同時驅(qū)動同一橋臂的上、下兩個開關(guān)器件，驅(qū)動500V主電路系統(tǒng)，工作頻率高，可以達(dá)到500kHz；具有電源欠壓保護(hù)相關(guān)斷邏輯；輸出用圖騰柱結(jié)構(gòu)，驅(qū)動峰值電流為2A；兩通道設(shè)有低壓延時封鎖(50ns)。芯片還有一個封鎖兩路輸出的保護(hù)端SD，在SD輸入高電平時，兩路輸出均被封鎖。

　　IR2l10的優(yōu)點(diǎn)，給實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了極大方便，特別是自舉懸浮驅(qū)動電源大大簡化了驅(qū)動電源設(shè)計(jì)，只用一路電源即可完成上下橋臂兩個功率開關(guān)器件的驅(qū)動。

　　3驅(qū)動電路的抗干擾技術(shù)
　　3.1電平箝位
　　IR2110不能產(chǎn)生負(fù)偏壓，如果用于驅(qū)動橋式電路，在半橋電感負(fù)載電路下運(yùn)行，處于關(guān)斷狀態(tài)下的IGBT，由于其反并聯(lián)二極管的恢復(fù)過程，將承受C－E電壓的急劇上升。此靜態(tài)的dv/dt通常比IGBT關(guān)斷時的上升率高。由于密勒效應(yīng)，此dv/dt在集電極柵極間電容內(nèi)產(chǎn)生電流，流向柵極驅(qū)動電路。雖然在關(guān)斷狀態(tài)時柵極電壓Vg為零，由于柵極電路的阻抗(柵極限流電阻Rg，引線電感Lg)，該電流令VGE增加，趨向于VGE(th)。惡劣的情況便是該電壓達(dá)到閾值電壓，該IGBT將被開通，導(dǎo)致橋臂短路。IR2110驅(qū)動輸出阻抗不夠小，沿柵極的灌入電流會在驅(qū)動電壓上加上比較嚴(yán)重的毛刺干擾。

　　針對IR2110的不足，對輸出驅(qū)動電路進(jìn)行了改進(jìn)，有人采用在柵極限流電阻上反并聯(lián)一個二極管來解決，但在大功率下效果不太明顯。本文采用了的電路。在關(guān)斷期間將柵極驅(qū)動電平箝位到零電平。在橋臂上管開通期間驅(qū)動信號使V1導(dǎo)通、V2截止，正常驅(qū)動。上管關(guān)斷期間，V1截止，V2基極高電平，導(dǎo)通，將上管柵極電位拉到低電平（三極管的飽和壓降）。這樣，由于密勒效應(yīng)產(chǎn)生的電流從V2中流過，柵極驅(qū)動上的毛刺可以大大減小。下管同理。

　　3.2負(fù)壓電路

　　在大功率IGBT驅(qū)動場合，各路驅(qū)動電源獨(dú)立，集成驅(qū)動芯片一般都有產(chǎn)生負(fù)壓的功能，如EXB841系列，M57957系列等，在IGBT關(guān)斷期間在柵極上施加負(fù)電壓，一般為－5V。其作用也是為了增強(qiáng)IGBT關(guān)斷的可靠性，防止由于密勒效應(yīng)而造成誤導(dǎo)通。IR2110芯片內(nèi)部雖然沒有產(chǎn)生負(fù)壓的功能，但可以通過外加幾個無源器件來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生負(fù)壓的功能，如圖4所示。在上、下管驅(qū)動電路中均加上由電容和5V穩(wěn)壓管組成的負(fù)壓電路。其工作原理為：電源電壓Vcc為20V，在上電期間，電源通過R1給C6充電，C6上保持5V的電壓，在LIN為高電平時，LO輸出高電平20V，這時加在下管S2柵極上的電壓為20V－5V=15V，IGBT正常導(dǎo)通。當(dāng)LIN輸入為低電平時，LO輸出0V，此時S2柵極上的電壓為－5V，從而實(shí)現(xiàn)關(guān)斷時負(fù)壓。對于上管S1，HIN輸入高電平時，HO輸出20V，加在S1柵極上的電壓為15V。當(dāng)HIN為低電平時，HO輸出0V，S1柵極為－5V。由于IGBT為電壓型驅(qū)動器件，所以負(fù)壓電容C5、C6上的電壓波動較小，維持在5V，自舉電容上的電壓也維持在20V左右，只在下管S2導(dǎo)通的瞬間有個短暫的充電過程。IGBT的導(dǎo)通壓降一般小于3V，負(fù)壓電容C5的充電在S2導(dǎo)通時完成。對于C5、C6的選擇，要求大于IGBT柵極輸入寄生電容Ciss。自舉電容充電電路中的二極管D1必須是快恢復(fù)二極管，應(yīng)留有足夠的電流余量。此電路與一般的帶負(fù)壓驅(qū)動芯片產(chǎn)生負(fù)壓原理相同，直流母線上疊加了5V的電壓。

　　3.3自舉電容及柵極限流電阻選取
　　自舉電容用一個大電容和一個小電容并聯(lián)使用。在頻率為20kHz左右的工作狀態(tài)下選用1μF和0.1μF并聯(lián)。并聯(lián)高頻小電容用來吸收高頻毛刺干擾電壓。上管的驅(qū)動波形峰頂不應(yīng)出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，驅(qū)動大容量的IGBT，在工作頻率較低的情況下要注意自舉電容電壓穩(wěn)定性問題，故選用較大的電容。

　　選擇適當(dāng)?shù)臇艠O限流電阻對IGBT驅(qū)動相當(dāng)重要。IGBT的開通和關(guān)斷是通過柵極電路的充放電來實(shí)現(xiàn)的，因此柵極將對IGBT的動態(tài)特性產(chǎn)生極大的影響。數(shù)值較小的柵極電阻使柵極電容的充放電較快，從而減小開關(guān)時間和開關(guān)損耗。同時較小的柵極電阻增強(qiáng)了器件的耐固性，避免dv/dt帶來的誤導(dǎo)通，但與此同時它只能承受較小的柵極噪聲，并導(dǎo)致柵極－發(fā)射極之間電容同驅(qū)動電路引線的寄生電感產(chǎn)生振蕩問題。另外較小的柵極電阻還使得IGBT開通di/dt變大，會導(dǎo)致較高的dv/dt，增加了反向恢復(fù)二極管的浪涌電壓。在低頻應(yīng)用情況下，開關(guān)損耗不成為一個重要的考慮因素，柵極電阻增大可以提供較慢的開通速度，這時應(yīng)當(dāng)考慮柵極的瞬態(tài)電壓和驅(qū)動電流。對于不同電流容量的IGBT，其柵極限流電阻有不同的取值。一般是功率越大的管子?xùn)艠O電阻越小，同時對柵極驅(qū)動電路的布線也有嚴(yán)格要求，引線電感應(yīng)盡可能小。在實(shí)際應(yīng)用中得根據(jù)具體的情況作調(diào)整，選取合適的值。

　　4結(jié)語
　　IR2110由于其驅(qū)動電路簡單，得到了廣泛的應(yīng)用。本文提出的幾種IR2110驅(qū)動電路的抗干擾措施，包括電平箝位電路，負(fù)壓產(chǎn)生電路和柵極電阻的選取。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用情況采用不同的抗干擾措施。