IR2XXX三相橋功率驅動芯片的原理及應用PrincipleandApplicationof3-PhaseBrigdeDriverIR2XXXSeri

摘要：IR2133/IR2135/IR2233/IR2235系列驅動芯片內部集成了互相獨立的3組半橋驅動電路，具有多種保護電路，可直接驅動功率半導體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。該系列驅動芯片內部集成了互相獨立的3組半橋驅動電路，可對上下橋臂提供死區時間，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，因此可直接驅動，而且其內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

表2所列為IR2XXX的主要特性參數。表中的參數測試條件為：

℃ 除非另外說明，靜態時和參數的參考點均為

和參數的參考點為和，而動態時的負載電容值為100pF。

3. IR2XXX的內部結構及典型應用

3.1芯片結構

IR2133/IR2135 /IR2233/IR2235的內部電路功能框圖如圖2所示。可以看出芯片由輸入控制邏輯、欠壓保護、電流故障保護、故障邏輯、電流檢測及放大和輸出驅動等電路構成。

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時間，以避免同一橋臂上的被驅動功率元件在開關轉換過渡期間發生同時導通。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逆變為三相交流輸出電壓（U、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。驅動電路使用1200V的IR2233，單電源+15V供電電壓經二極管隔離后又分別作為其三路高端驅動輸出的供電電源，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為逆變器直流側的電流檢測電阻，它可將電流I轉換為電壓信號Vs，并送入驅動芯片IR2233的過電流信號輸入ITRIP 端，如電流I過大，IR2233將關閉其六路驅動輸出。同時將電壓信號Vs送到芯片IR2233內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可根據系統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。

·如果驅動電路與被驅動的功率器件距離較遠，則連接線應使用雙絞線。

·驅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負載時，直流側會出現反向電流，這時電流放大器輸出會出現負值，為避免發生這種現象，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構成的驅動電路隔離，這樣可使控制電路的邏輯地和驅動電路的邏輯地相互獨立。