ir2130應(yīng)用電路及工作原理

VB1～VB3：是懸浮電源連接端，通過自舉電容為3個(gè)上橋臂功率管的驅(qū)動(dòng)器提供內(nèi)部懸浮電源，VS1～VC3是其對應(yīng)的懸浮電源地端。 HIN1～HIN3、LIN1～LIN3：逆變器上橋臂和下橋臂功率管的驅(qū)動(dòng)信號輸入端，低電平有效。

ITRIP：過流信號檢測輸入端，可通過輸入電流信號來完成過流或直通保護(hù)

CA-、CAO、Vso：內(nèi)部放大器的反相端、輸出端和同相端，可用來完成電流信號檢測。

HO1～HO3、LO1～L03：逆變器上下橋臂功率開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)器信號輸出端。

FAULT：過流、直通短路、過壓、欠壓保護(hù)輸出端，該端提供一個(gè)故障保護(hù)的指示信號。它在芯片內(nèi)部是漏極開路輸出端，低電平有效。V_cc、V_ss：芯片供電電源連接端，V_cc接正電源，而V_ss接電源地。

3  IR2130內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作原理

IR2130的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，它的內(nèi)部集成有1個(gè)電流比較器CURRENT COMPARATOR，1個(gè)電流放大器CURRENT AMP，1個(gè)自身工作電源欠壓檢測器UNDERVOLTAGE DETECTOR，1個(gè)故障處理單元FAULT LOGIC及1個(gè)清除封鎖邏輯單元CLEAR LOGIC。除上述外，它內(nèi)部還集成有3個(gè)輸入信號處理器INPUT SIGNAL GEN-ERATOR兩個(gè)脈沖處理和電平移位器PULSE GENERATOR LEVEL SHIFTER，3個(gè)上橋臂側(cè)功率管驅(qū)動(dòng)信號鎖存器LATCH，3個(gè)上橋臂側(cè)功率管驅(qū)動(dòng)信號與欠壓檢測器，U. V DETECTOR及6個(gè)低輸出阻抗MOS功率管驅(qū)動(dòng)器DRIVER和1個(gè)或門電路。正常工作時(shí)，輸入的6路驅(qū)動(dòng)信號經(jīng)輸入信號處理器處理后變?yōu)?路輸出脈沖，驅(qū)動(dòng)下橋臂功率管的信號L1～L3經(jīng)輸出驅(qū)動(dòng)器功放后，直接送往被驅(qū)動(dòng)功率器件。而驅(qū)動(dòng)上橋臂功率管的信號H1～H3 先經(jīng)集成于IR2130內(nèi)部的3個(gè)脈沖處理器和電平移位器中的自舉電路進(jìn)行電位變換， 變?yōu)?路電位懸浮的驅(qū)動(dòng)脈沖，再經(jīng)對應(yīng)的3路輸出鎖存器鎖存并經(jīng)嚴(yán)格的驅(qū)動(dòng)脈沖與否檢驗(yàn)之后，送到輸出驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行功放后才加到被驅(qū)動(dòng)的功率管。一旦外電流發(fā)生過流或直通，即電流檢測單元送來的信號高于0.5V時(shí)，則IR2130內(nèi)部的電流比較器迅速翻轉(zhuǎn)，促使故障邏輯處理單元輸出低電平，一則封鎖3路輸入脈沖信號處理器的輸出，使IR2130的輸出全為低電平，保護(hù)功率管；另一方面，同時(shí)IR2130的FAULT腳給出故障指示。同樣若發(fā)生IR2130的工作電源欠壓，則欠壓檢測器迅速翻轉(zhuǎn)，也會(huì)進(jìn)行類似動(dòng)作。發(fā)生故障后，IR2130內(nèi)的故障邏輯處理單元的輸出將保持故障閉鎖狀態(tài)。直到故障清除后，在信號輸入端LIN1～LIN3同時(shí)被輸入高電平，才可以解除故障閉鎖狀態(tài)。

當(dāng)IR2130驅(qū)動(dòng)上橋臂功率管的自舉電源工作電壓不足時(shí)，則該路的驅(qū)動(dòng)信號檢測器迅速動(dòng)作，封鎖該路的輸出，避免功率器件因驅(qū)動(dòng)信號不足而損壞。當(dāng)逆變器同一橋臂上2個(gè)功率器件的輸入信號同時(shí)為高電平，則IR2130輸出的2路門極驅(qū)動(dòng)信號全為低電平，從而可靠地避免橋臂直通現(xiàn)象發(fā)生。

4  采用IR2130的逆變器電路結(jié)構(gòu)

采用IR2130芯片驅(qū)動(dòng)逆變器功率管時(shí)，其基本主電路結(jié)構(gòu)不需要改變，仍可用典型的三相電壓型逆變器電路，為便于表示，圖3畫出了IR2130驅(qū)動(dòng)其中1個(gè)橋臂的電路示意圖，圖中C1是自舉電容，為上橋臂功率管驅(qū)動(dòng)的懸浮電源存儲(chǔ)能量，D1的作用防止上橋臂導(dǎo)通時(shí)的直流電壓母線電壓到IR2130的電源上而使器件損壞，因此D1應(yīng)有足夠的反向耐壓，當(dāng)然由于D1與C1串聯(lián)，為了滿足主電路功率管開關(guān)頻率的要求，D1應(yīng)選快速恢復(fù)二極管。R1和R2是IGBT的門極驅(qū)動(dòng)電阻，一般可采用10到幾十歐。R3和R4組成過流檢測電路，其中R3是過流取樣電阻，R4是作為分壓用的可調(diào)電阻。IR2130的HIN1～HIN3、LIN1～LIN3作為功率管的輸入驅(qū)動(dòng)信號與單片機(jī)連接，由單片機(jī)控制產(chǎn)生PWM控制信號的輸入，F(xiàn)AULT與單片機(jī)外部中斷引腳連接，由單片機(jī)中斷程序來處理故障。

其容量取決于被驅(qū)動(dòng)功率器件的開關(guān)頻率、占空比以及充電回路電阻，必須保證電容充電到足夠的電壓，而放電時(shí)其兩端電壓不低于欠壓保護(hù)動(dòng)作值，當(dāng)被驅(qū)動(dòng)的開關(guān)頻率大于5kHz時(shí)，該電容值應(yīng)不小于0.1μF，且以瓷片電容為好。

5  實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

在完成上述硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，本文采用特定諧波消除式PWM控制策略^［2］ ，使逆變器拖動(dòng)1臺1.1kW的感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行，并進(jìn)行了短路、電機(jī)堵轉(zhuǎn)等實(shí)驗(yàn)，證明采用IR2130驅(qū)動(dòng)的逆變器性能穩(wěn)定，能可靠地實(shí)現(xiàn)過流和短路保護(hù)。圖4是電機(jī)在50Hz空載條件下，用數(shù)字示波器TDS220記錄的穩(wěn)態(tài)電壓和電流波形。

6  結(jié)語

本文采用IR2130器件實(shí)現(xiàn)單芯片單電源供電的三相逆變器的驅(qū)動(dòng)，只要合理地選擇浮充電容，驅(qū)動(dòng)電路工作十分可靠，它不僅使電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性提高，而且可以可靠地實(shí)現(xiàn)短路、過流、欠壓和過壓等故障保護(hù)。