基于IR2110的H桥可逆PWM驱动电路应用
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ｄ８２，Ｄ８３，Ｄ８８，Ｄ８９是用来钳位功 率 ＭＯＳ－ ＦＥＴ 管开关过程中漏源极浪涌电压的稳压二极管。
２ ＩＲ２１１０自举电路原理
ＩＲ２１１０的自举 电 路 是 一 种 简 约 型 高 端 浮 动 供 电模式，满 足 一 般 ＰＷＭ 控 制 需 要。 结 合 图 １ 的 Ｕ９，介绍ＩＲ２１１０ 自 举 电 路 的 工 作 原 理。 当 ＶＴ１ 截止，ＶＴ４ 导 通 期 间， 将 Ａ 点 （Ｖｓ） 的 电 位 拉 低 到地， ＋１５Ｖ （Ｖｃｃ） 通 过 自 举 电 阻 （Ｒ１７２）和 自
１ ＩＲ２１１０ Ｈ 桥典型驱动电路
基于２片ＩＲ２１１０ 的 Ｈ 桥 ４ 片 ＭＯＳＦＥＴ 管 直 流电机 典 型 驱 动 电 路 如 图 １ 所 示。 当 ＶＴ１、ＶＴ４ 导通时， 电 机 正 转； 当 ＶＴ２、ＶＴ３ 导 通 时， 电 机 反转；当 ＶＴ２、ＶＴ４导通时，电机两极与地短 接， 电机刹车能耗制动。
≥２５Ｖ 超过１．０μｓ［１］。因此，必 须 对ＩＲ２１１０ 以 及 ＭＯＳＦＥＴ 管施加一 定 的 保 护 电 路， 以 往 的 文 献 介 绍的保 护 电 路 不 够 全 面 。 ［７－８］ 故 结 合 基 于 ＩＲ２１１０ 的 Ｈ 全桥功率 ＭＯＳＦＥＴ 管可逆 ＰＷＭ 他励直流控 制系统的应用实践，详 细 介 绍ＩＲ２１１０ Ｈ 桥 典 型 驱 动电路、自举悬浮电源设置及保护电路基本设计方 法。
极管可进一步加快功率 ＭＯＳＦＥＴ 的关 断 时 间 有 利 于增强桥臂开关管先关断后导通死区周期，防止同 一臂上下两个功率场效应管同时导通短路烧毁。电 阻 Ｒ１７３，Ｒ１７４，Ｒ１８２，Ｒ１８３ 用 于 限 制 功 率 场 效 应管释 放 电 流， 防 止 大 电 流 损 坏 ＩＲ２１１０［８］， 取 值 为几 Ω。
波电容，Ｃ１００、Ｃ１０３是逻 辑 电 源 Ｖｄｄ的 滤 波 电 容。 层，所以在 ＭＯＳ管栅 － 源 极 之 间 加 分 压 电 阻 和 稳
Ｒ１７２，Ｒ１８１是自 举 电 容 Ｃ２４，Ｃ３０ 充 电 回 路 的 限 压二极管来 箝 位 栅 － 源 极 电 压， 同 时 保 护 ＩＲ２１１０
流自举电 阻， 防 止 电 容 过 充、Ｖｓ 出 现 低 于 地 电 位 不被 ＭＯＳ管短路高 压 窜 入 损 坏。 稳 压 二 极 管 Ｄ６，
目 前， 可 逆 Ｈ 全 桥 ＰＷＭ 直 流 电 机 控 制 系 统 主要 采 用 功 率 ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ 管 作 为 开 关 管， 而开关管的驱动电路通常采用集成驱动电路，将微 机的 ＰＷＭ 控 制 信 号 转 换 成 同 步 高 压 驱 动 信 号。 ＩＲ２１１０芯片是一种 Ｈ 半 桥 （独 立 一 桥 臂 双 通 道）、 栅极驱动、高压、高速单片式专用功率器件集成驱
动电路，２片ＩＲ２１１０ 就 能 构 成 Ｈ 全 桥 功 率 ＭＯＳ－ ＦＥＴ 管可 逆 ＰＷＭ 他 励 直 流 控 制 系 统 主 控 回 路。 ＩＲ２１１０芯片高端 悬 浮 通 道 采 用 外 部 自 举 电 容 产 生 悬浮电压源Ｖｂｓ，与 低 端 通 道 共 用 一 个 外 接 驱 动 电 源Ｖｃｃ，兼有光耦 隔 离 和 电 磁 隔 离 的 优 点， 配 置 所 有高压引脚在芯片一侧、独立的逻辑地和功率地，
的情况发生。
Ｄ１０，Ｄ１４，Ｄ１８ 稳 压 在 １８Ｖ 左 右， 电 阻 Ｒ１４，
电阻 Ｒ１３，Ｒ２３，Ｒ３１，Ｒ３７是ＩＲ２１１０ 输 出 通 Ｒ２４，Ｒ３５、Ｒ３５对ＩＲ２１１０输出信号分压， 有 效降
道到 ＭＯＳＦＥＴ 管栅极间 的 限 流 电 阻， 取 值 为 几 十 低栅极电压。
Ω，防 止 栅 极 电 流 ｄｉ／ｄｔ 过 大 损 坏 ＭＯＳＦＥＴ 管。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｏｏｔｓｔｒａｐ ｃｉｒｃｕｉｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｆｕｌｌｙ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＩＲ２１１０ （ｂｏｏｔｓｔｒａｐ ｈａｌｆ－ｂｒｉｄｇｅ ｄｒｉｖｅｒ ｃｈｉｐ）ａｒｅ ｋｅｙ ｔｏ ａｐｐｌｙｉｎｇ ＩＲ２１１０ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｂｏｏｔｓｔｒａｐ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ＩＲ２１１０，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ ｂｏｏｔｓｔｒａｐ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ＩＲ２１１０ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ ｅｘｃｉｔｅｄ ｄｃ ｍｏｔｏｒ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａｓｈｏｗ ｔｈａｔ：Ｈ－ｂｒｉｄｇｅ ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ ＰＷＭ ｐｏｗｅｒ ｄｒｉｖｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＩＲ２１１０ｈａｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｓｏｆｔ ｓｔａｒｔ ａｎｄ ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｎｇ ｂｒａｋｉｎｇ ｏｆ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ ｅｘｃｉｔｅｄ ｄｃ ｍｏｔｏｒ，ｗｉｔｈ ｓｉｍｐｌｅ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ， ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｎｏｔａｂｌｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅ ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｂｏｏｔｓｔｒａｐ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ＩＲ２１１０ｉｓ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｉｔ ｈａｓ ａ ｖｅｒｙ ｇｏｏｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｄｃ ｍｏｔｏｒ ｐｏｗｅｒ ｄｒｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＩＲ２１１０． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ ｄｒｉｖｅｒ；ｂｏｏｔｓｔｒａｐ ｃｉｒｃｕｉｔ；ＭＯＳＦＥＴ；ＩＲ２１１０
Ｄ５，Ｄ８，Ｄ１３，Ｄ１６ 是 在ＩＲ２１１０ 发 出 关 断 信
Ｃ２３，Ｃ２６，Ｃ２９，Ｃ３２ 是 滤 波 电 容， 与 电 阻 Ｒ１３， 号时，给功率场效应管从导通状态切换到关断状态
Ｒ２３，Ｒ３１， Ｒ３７ 组 成 ＲＣ 低 通 滤 波 电 路， 对 提供一个快速释放电荷通道的快恢复二极管。由于
第２４卷 第４期 ２０１２ 年 １２ 月
常州大学学报 （自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖｏｌ．２４ Ｎｏ．４ Ｄｅｃ．２０１２
文章编号：２０９５－０４１１ （２０１２）０４－００６８－０５
基于ＩＲ２１１０的 Ｈ 桥可逆 ＰＷＭ 驱动电路应用＊
图１ 基于ＩＲ２１１０的 Ｈ 桥直流电机典型驱动电路
Ｆｉｇ．１ Ｔｙｐｉｃａｌ Ｈ－ｂｒｉｄｇｅ ｄｃ ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＩＲ２１１０
Ｃ２４，Ｃ３０是自 举 电 容，Ｄ４，Ｄ１２ 是 自 举 快 恢 为±２０Ｖ，而ＩＲ２１１０内部 没 有 连 接 于 栅 极 的 限 压
举二级管 （Ｄ４） 给 自 举 电 容 （Ｃ２４ ）充 电， 通 过 电容 Ｃ２４在Ｖｂ 和 Ｖｓ 之 间 形 成 一 个 悬 浮 电 源， 作 为 ＩＲ２１１０ 的 上 通 道 （高 端 ） 逻 辑 电 源， 维 持 ＩＲ２１１０高端输出引脚Ｖｈ 输出正常电 平， 为 上 桥 臂 主开关器件 ＶＴ１ 提 供 栅 极 驱 动 电 压。 正 是 由 于 自 举电容的存 在， 使ＩＲ２１１０ 控 制 同 一 桥 臂 上、 下 主 开关器件的驱动电路只需一个外接电源。
＊ 收稿日期：２０１２－１０－１１ 作者简介：张小鸣 （１９５８－），男，安徽合肥人，博士，教授，研究方向为电机智能控制。
张小鸣等 ．基于ＩＲ２１１０的 Ｈ 桥可逆 ＰＷＭ 驱动电路应用
· ６９ ·
使芯片结构紧固可 靠。 栅 极 门 电 压 在 １０－２０Ｖ 范 围，高端悬浮通道 用 于 驱 动 ＭＯＳＦＥＴ 的 高 压 端 电 压最高 可 wk.baidu.com ５００Ｖ。ＩＲ２１１０ 欠 压 锁 定 功 能 可 确 保 在Ｖｂｓ工作 在 正 常 ７．４－９．６Ｖ 范 围 内。 关 断 功 能 可使 Ｈ 半桥双通道立即强制输出低电平，用于电 机过流保 护 等 场 合［１］。ＩＲ２１１０ 采 用 自 举 法 给 高 端 控制逻辑电路供电虽然简单便宜，但是自举电容对 ＰＷＭ 占空比和开通时间 都 有 一 定 限 制， 选 取 自 举 电容有一些基本原则 ， ［２－３］ 不 能 用 于 ＰＷＭ 超 低 频 或长期占空比１００％的场合， 实 际 应 用 占 空 比 上 限 设在９７％ 左 右 。 ［４］ 对 于 应 用 于 占 空 比 １００％ 的 场 合，Ｖｂｓ端需加 一 个 隔 离 电 源 或 充 电 泵 电 路 独 立 充 电。隔离电源成本较高，一般采用充电泵电路对自 举电容充电加以解决 。 ［５－６］ 另 外， 为 了 防 止 电 机 短 路或过流 事 件 发 生 引 发 ＩＲ２１１０ 损 坏， 不 允 许 Ｖｂｓ
张小鸣，卢方民
（常州大学 信息科学与工程学院，江苏 常州 ２１３１６４）
摘要：自举式半桥驱动器芯片ＩＲ２１１０应用成功的关键是合理配置自举电路参数，并对ＩＲ２１１０的应用 特 点 有 充 分 的 了 解。 详 细 介绍了ＩＲ２１１０ 自 举 电 路 的 工 作 原 理 和 应 用 特 点 ， 自 举 电 容 等 参 数 的 估 算 方 法、 以 及 ＩＲ２１１０ 的 相 关 保 护 电 路。 基 于 ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ 的他励直流电机调速系统实验表明：应用ＩＲ２１１０组 成 Ｈ 桥 可 逆 ＰＷＭ 驱 动 电 路， 成 功 实 现 了 他 励 直 流 电 机 软启动与减速制动，具有隔离接口简单、运行稳定可靠等显著特点。还讨论了ＩＲ２１１０自举电路 的 不 足， 对 采 用ＩＲ２２１０ 的 直 流 电机功率驱动电路设计有很好的参考价值。 关 键 词 ： 功 率 驱 动 器 ； 自 举 电 路 ； ＭＯＳＦＥＴ；ＩＲ２１１０ 中 图 分 类 号 ：ＴＮ ４９２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈ－Ｂｒｉｄｇｅ Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ ＰＷＭ Ｐｏｗｅｒ Ｄｒｉｖｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＩＲ２１１０
ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｍｉｎｇ，ＬＵ Ｆａｎｇ－ｍｉｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ ２１３１６４，Ｃｈｉｎａ）
ＩＲ２１１０ 输 出 信 号 进 行 低 通 滤 波 。
ＩＲ２１１０ 的 导 通 传 播 延 时 典 型 值 为 １２０ｎｓ， 关 断 传
功率场效 应 管 ＩＲＦ３２０５ 的 栅 － 源 极 电 压 容 限 播延时典型值为９４ｎｓ，仅仅相差２６ｎｓ，快恢复 二
· ７０ ·
常州大学学报 （自然科学版） ２０１２年
复 二 极 管， 防 止 ＶＴ１ 、ＶＴ３ 导 通 时 高 电 压 串 入 元件，ＭＯＳＦＥＴ 漏极 产 生 的 浪 涌 电 压 会 通 过 漏 栅
Ｖｃｃ端损坏 该 芯 片。Ｃ２７、Ｃ３１ 是 功 率 电 源 Ｖｃｃ的 滤 极之间的 米 勒 电 容 耦 合 到 栅 极 上 击 穿 栅 极 的 氧 化
当 ＶＴ１ 导 通 时，Ｃ２４ 放 电 以 维 持 高 端 导 通。 当 Ｃ２４电荷 没 有 充 满， 或 者 电 容 充 满 但 高 端 持 续 工作时间 较 长， 导 致 电 容 放 电 过 度，ＩＲ２１１０ 高 端 悬浮 电 源 Ｖｂ 的 内 部 欠 压 检 测 保 护 逻 辑 就 会 动 作， 将 Ｖｈ 拉 为 低 电 平， 使 驱 动 电 路 无 法 正 常 工 作。 ＩＲ２１１０的内部结构图清楚反映 了 低 端 电 源Ｖｃｃ和 高 端悬浮电源Ｖｂ 的 欠 电 压 检 测 电 路 结 构， 如 图 ２ 所 示。
２ ＩＲ２１１０自举电路原理
ＩＲ２１１０的自举 电 路 是 一 种 简 约 型 高 端 浮 动 供 电模式，满 足 一 般 ＰＷＭ 控 制 需 要。 结 合 图 １ 的 Ｕ９，介绍ＩＲ２１１０ 自 举 电 路 的 工 作 原 理。 当 ＶＴ１ 截止，ＶＴ４ 导 通 期 间， 将 Ａ 点 （Ｖｓ） 的 电 位 拉 低 到地， ＋１５Ｖ （Ｖｃｃ） 通 过 自 举 电 阻 （Ｒ１７２）和 自
１ ＩＲ２１１０ Ｈ 桥典型驱动电路
基于２片ＩＲ２１１０ 的 Ｈ 桥 ４ 片 ＭＯＳＦＥＴ 管 直 流电机 典 型 驱 动 电 路 如 图 １ 所 示。 当 ＶＴ１、ＶＴ４ 导通时， 电 机 正 转； 当 ＶＴ２、ＶＴ３ 导 通 时， 电 机 反转；当 ＶＴ２、ＶＴ４导通时，电机两极与地短 接， 电机刹车能耗制动。
≥２５Ｖ 超过１．０μｓ［１］。因此，必 须 对ＩＲ２１１０ 以 及 ＭＯＳＦＥＴ 管施加一 定 的 保 护 电 路， 以 往 的 文 献 介 绍的保 护 电 路 不 够 全 面 。 ［７－８］ 故 结 合 基 于 ＩＲ２１１０ 的 Ｈ 全桥功率 ＭＯＳＦＥＴ 管可逆 ＰＷＭ 他励直流控 制系统的应用实践，详 细 介 绍ＩＲ２１１０ Ｈ 桥 典 型 驱 动电路、自举悬浮电源设置及保护电路基本设计方 法。
极管可进一步加快功率 ＭＯＳＦＥＴ 的关 断 时 间 有 利 于增强桥臂开关管先关断后导通死区周期，防止同 一臂上下两个功率场效应管同时导通短路烧毁。电 阻 Ｒ１７３，Ｒ１７４，Ｒ１８２，Ｒ１８３ 用 于 限 制 功 率 场 效 应管释 放 电 流， 防 止 大 电 流 损 坏 ＩＲ２１１０［８］， 取 值 为几 Ω。
波电容，Ｃ１００、Ｃ１０３是逻 辑 电 源 Ｖｄｄ的 滤 波 电 容。 层，所以在 ＭＯＳ管栅 － 源 极 之 间 加 分 压 电 阻 和 稳
Ｒ１７２，Ｒ１８１是自 举 电 容 Ｃ２４，Ｃ３０ 充 电 回 路 的 限 压二极管来 箝 位 栅 － 源 极 电 压， 同 时 保 护 ＩＲ２１１０
流自举电 阻， 防 止 电 容 过 充、Ｖｓ 出 现 低 于 地 电 位 不被 ＭＯＳ管短路高 压 窜 入 损 坏。 稳 压 二 极 管 Ｄ６，
目 前， 可 逆 Ｈ 全 桥 ＰＷＭ 直 流 电 机 控 制 系 统 主要 采 用 功 率 ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ 管 作 为 开 关 管， 而开关管的驱动电路通常采用集成驱动电路，将微 机的 ＰＷＭ 控 制 信 号 转 换 成 同 步 高 压 驱 动 信 号。 ＩＲ２１１０芯片是一种 Ｈ 半 桥 （独 立 一 桥 臂 双 通 道）、 栅极驱动、高压、高速单片式专用功率器件集成驱
动电路，２片ＩＲ２１１０ 就 能 构 成 Ｈ 全 桥 功 率 ＭＯＳ－ ＦＥＴ 管可 逆 ＰＷＭ 他 励 直 流 控 制 系 统 主 控 回 路。 ＩＲ２１１０芯片高端 悬 浮 通 道 采 用 外 部 自 举 电 容 产 生 悬浮电压源Ｖｂｓ，与 低 端 通 道 共 用 一 个 外 接 驱 动 电 源Ｖｃｃ，兼有光耦 隔 离 和 电 磁 隔 离 的 优 点， 配 置 所 有高压引脚在芯片一侧、独立的逻辑地和功率地，
的情况发生。
Ｄ１０，Ｄ１４，Ｄ１８ 稳 压 在 １８Ｖ 左 右， 电 阻 Ｒ１４，
电阻 Ｒ１３，Ｒ２３，Ｒ３１，Ｒ３７是ＩＲ２１１０ 输 出 通 Ｒ２４，Ｒ３５、Ｒ３５对ＩＲ２１１０输出信号分压， 有 效降
道到 ＭＯＳＦＥＴ 管栅极间 的 限 流 电 阻， 取 值 为 几 十 低栅极电压。
Ω，防 止 栅 极 电 流 ｄｉ／ｄｔ 过 大 损 坏 ＭＯＳＦＥＴ 管。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｏｏｔｓｔｒａｐ ｃｉｒｃｕｉｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｆｕｌｌｙ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＩＲ２１１０ （ｂｏｏｔｓｔｒａｐ ｈａｌｆ－ｂｒｉｄｇｅ ｄｒｉｖｅｒ ｃｈｉｐ）ａｒｅ ｋｅｙ ｔｏ ａｐｐｌｙｉｎｇ ＩＲ２１１０ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｂｏｏｔｓｔｒａｐ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ＩＲ２１１０，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ ｂｏｏｔｓｔｒａｐ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ＩＲ２１１０ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ ｅｘｃｉｔｅｄ ｄｃ ｍｏｔｏｒ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａｓｈｏｗ ｔｈａｔ：Ｈ－ｂｒｉｄｇｅ ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ ＰＷＭ ｐｏｗｅｒ ｄｒｉｖｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＩＲ２１１０ｈａｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｓｏｆｔ ｓｔａｒｔ ａｎｄ ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｎｇ ｂｒａｋｉｎｇ ｏｆ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ ｅｘｃｉｔｅｄ ｄｃ ｍｏｔｏｒ，ｗｉｔｈ ｓｉｍｐｌｅ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ， ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｎｏｔａｂｌｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅ ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｂｏｏｔｓｔｒａｐ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ＩＲ２１１０ｉｓ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｉｔ ｈａｓ ａ ｖｅｒｙ ｇｏｏｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｄｃ ｍｏｔｏｒ ｐｏｗｅｒ ｄｒｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＩＲ２１１０． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ ｄｒｉｖｅｒ；ｂｏｏｔｓｔｒａｐ ｃｉｒｃｕｉｔ；ＭＯＳＦＥＴ；ＩＲ２１１０
Ｄ５，Ｄ８，Ｄ１３，Ｄ１６ 是 在ＩＲ２１１０ 发 出 关 断 信
Ｃ２３，Ｃ２６，Ｃ２９，Ｃ３２ 是 滤 波 电 容， 与 电 阻 Ｒ１３， 号时，给功率场效应管从导通状态切换到关断状态
Ｒ２３，Ｒ３１， Ｒ３７ 组 成 ＲＣ 低 通 滤 波 电 路， 对 提供一个快速释放电荷通道的快恢复二极管。由于
第２４卷 第４期 ２０１２ 年 １２ 月
常州大学学报 （自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖｏｌ．２４ Ｎｏ．４ Ｄｅｃ．２０１２
文章编号：２０９５－０４１１ （２０１２）０４－００６８－０５
基于ＩＲ２１１０的 Ｈ 桥可逆 ＰＷＭ 驱动电路应用＊
图１ 基于ＩＲ２１１０的 Ｈ 桥直流电机典型驱动电路
Ｆｉｇ．１ Ｔｙｐｉｃａｌ Ｈ－ｂｒｉｄｇｅ ｄｃ ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＩＲ２１１０
Ｃ２４，Ｃ３０是自 举 电 容，Ｄ４，Ｄ１２ 是 自 举 快 恢 为±２０Ｖ，而ＩＲ２１１０内部 没 有 连 接 于 栅 极 的 限 压
举二级管 （Ｄ４） 给 自 举 电 容 （Ｃ２４ ）充 电， 通 过 电容 Ｃ２４在Ｖｂ 和 Ｖｓ 之 间 形 成 一 个 悬 浮 电 源， 作 为 ＩＲ２１１０ 的 上 通 道 （高 端 ） 逻 辑 电 源， 维 持 ＩＲ２１１０高端输出引脚Ｖｈ 输出正常电 平， 为 上 桥 臂 主开关器件 ＶＴ１ 提 供 栅 极 驱 动 电 压。 正 是 由 于 自 举电容的存 在， 使ＩＲ２１１０ 控 制 同 一 桥 臂 上、 下 主 开关器件的驱动电路只需一个外接电源。
＊ 收稿日期：２０１２－１０－１１ 作者简介：张小鸣 （１９５８－），男，安徽合肥人，博士，教授，研究方向为电机智能控制。
张小鸣等 ．基于ＩＲ２１１０的 Ｈ 桥可逆 ＰＷＭ 驱动电路应用
· ６９ ·
使芯片结构紧固可 靠。 栅 极 门 电 压 在 １０－２０Ｖ 范 围，高端悬浮通道 用 于 驱 动 ＭＯＳＦＥＴ 的 高 压 端 电 压最高 可 wk.baidu.com ５００Ｖ。ＩＲ２１１０ 欠 压 锁 定 功 能 可 确 保 在Ｖｂｓ工作 在 正 常 ７．４－９．６Ｖ 范 围 内。 关 断 功 能 可使 Ｈ 半桥双通道立即强制输出低电平，用于电 机过流保 护 等 场 合［１］。ＩＲ２１１０ 采 用 自 举 法 给 高 端 控制逻辑电路供电虽然简单便宜，但是自举电容对 ＰＷＭ 占空比和开通时间 都 有 一 定 限 制， 选 取 自 举 电容有一些基本原则 ， ［２－３］ 不 能 用 于 ＰＷＭ 超 低 频 或长期占空比１００％的场合， 实 际 应 用 占 空 比 上 限 设在９７％ 左 右 。 ［４］ 对 于 应 用 于 占 空 比 １００％ 的 场 合，Ｖｂｓ端需加 一 个 隔 离 电 源 或 充 电 泵 电 路 独 立 充 电。隔离电源成本较高，一般采用充电泵电路对自 举电容充电加以解决 。 ［５－６］ 另 外， 为 了 防 止 电 机 短 路或过流 事 件 发 生 引 发 ＩＲ２１１０ 损 坏， 不 允 许 Ｖｂｓ
张小鸣，卢方民
（常州大学 信息科学与工程学院，江苏 常州 ２１３１６４）
摘要：自举式半桥驱动器芯片ＩＲ２１１０应用成功的关键是合理配置自举电路参数，并对ＩＲ２１１０的应用 特 点 有 充 分 的 了 解。 详 细 介绍了ＩＲ２１１０ 自 举 电 路 的 工 作 原 理 和 应 用 特 点 ， 自 举 电 容 等 参 数 的 估 算 方 法、 以 及 ＩＲ２１１０ 的 相 关 保 护 电 路。 基 于 ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ 的他励直流电机调速系统实验表明：应用ＩＲ２１１０组 成 Ｈ 桥 可 逆 ＰＷＭ 驱 动 电 路， 成 功 实 现 了 他 励 直 流 电 机 软启动与减速制动，具有隔离接口简单、运行稳定可靠等显著特点。还讨论了ＩＲ２１１０自举电路 的 不 足， 对 采 用ＩＲ２２１０ 的 直 流 电机功率驱动电路设计有很好的参考价值。 关 键 词 ： 功 率 驱 动 器 ； 自 举 电 路 ； ＭＯＳＦＥＴ；ＩＲ２１１０ 中 图 分 类 号 ：ＴＮ ４９２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈ－Ｂｒｉｄｇｅ Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ ＰＷＭ Ｐｏｗｅｒ Ｄｒｉｖｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＩＲ２１１０
ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｍｉｎｇ，ＬＵ Ｆａｎｇ－ｍｉｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ ２１３１６４，Ｃｈｉｎａ）
ＩＲ２１１０ 输 出 信 号 进 行 低 通 滤 波 。
ＩＲ２１１０ 的 导 通 传 播 延 时 典 型 值 为 １２０ｎｓ， 关 断 传
功率场效 应 管 ＩＲＦ３２０５ 的 栅 － 源 极 电 压 容 限 播延时典型值为９４ｎｓ，仅仅相差２６ｎｓ，快恢复 二
· ７０ ·
常州大学学报 （自然科学版） ２０１２年
复 二 极 管， 防 止 ＶＴ１ 、ＶＴ３ 导 通 时 高 电 压 串 入 元件，ＭＯＳＦＥＴ 漏极 产 生 的 浪 涌 电 压 会 通 过 漏 栅
Ｖｃｃ端损坏 该 芯 片。Ｃ２７、Ｃ３１ 是 功 率 电 源 Ｖｃｃ的 滤 极之间的 米 勒 电 容 耦 合 到 栅 极 上 击 穿 栅 极 的 氧 化
当 ＶＴ１ 导 通 时，Ｃ２４ 放 电 以 维 持 高 端 导 通。 当 Ｃ２４电荷 没 有 充 满， 或 者 电 容 充 满 但 高 端 持 续 工作时间 较 长， 导 致 电 容 放 电 过 度，ＩＲ２１１０ 高 端 悬浮 电 源 Ｖｂ 的 内 部 欠 压 检 测 保 护 逻 辑 就 会 动 作， 将 Ｖｈ 拉 为 低 电 平， 使 驱 动 电 路 无 法 正 常 工 作。 ＩＲ２１１０的内部结构图清楚反映 了 低 端 电 源Ｖｃｃ和 高 端悬浮电源Ｖｂ 的 欠 电 压 检 测 电 路 结 构， 如 图 ２ 所 示。