IR2130驱动器在逆变器中的应用

1.IR2130驱动芯片的特点

IR2130是一种高电压、高速度的功率MOSFET和IGBT驱动器，工作电压为10～20V，分别有3个独立的高端和低端输出通道。逻辑输入与CMOS或LSTTL输出兼容，最小可以达到2.5V逻辑电压。外围电路中的参考地运算放大器通过外部的电流检测电位器提供全桥电路电流的模拟反馈值，如果超出设定或调整的参考电流值，IR2130驱动器的内部电流保护电路就启动关断输出通道，实现电流保护的作用。IR2130驱动器反映高脉冲电流缓冲器的状态，传输延迟和高频放大器相匹配，浮动通道能够用来驱动N沟道功率MOSFET和IGBT，最高电压可达到600V。

IR2130芯片可同时控制六个大功率管的导通和关断顺序，通过输出HO1、2、3分别控制三相全桥驱动电路的上半桥三个开关管的导通关断，而IR2130的输出LO1、2、3分别控制三相全桥驱动电路的下半桥三个开关管的导通关断，从而达到控制电机转速和正反转的目的。IR2130芯片内部有电流比较电路，可以进行电机比较电流的设定。设定值可以作为软件保护电路的参考值，这样可以使电路能够适用于对不同功率的电机控制。

IR2130可用来驱动工作在电压不高于600V电路中的IGBT器件，其可输出的最大正向峰值驱动电流为250mA，而反向峰值驱动电流为500mA。它内部设计有过电流、过电压及欠电压保护、封锁和指示电路单元，应用中可方便的用来保护被驱动的IGBT器件，加之内部自举技术的运用使其可用于高压系统，它还可对同一桥臂上下2个功率器件的栅极驱动信导产生2μs互锁延时时间。它自身工作电源的电压范围较宽（3～20V），在它的内部还设计有与被驱动的功率器件所通过的电流呈线性关系的电流放大器，电路设计还保证了内部的3个通道的高压侧驱动器和低压侧驱动器可单独使用，亦可只用其内部的3个低压侧驱动器，并且输入信号与TTL及COMS电平兼容。IR2130引脚排列如图4-28所示。IR2130引脚功能见表4-11。

图4-28 IR2130引脚图

表4-11 IR2130引脚功能

2.IR2130内部结构及其工作原理

IR2130的内部结构如图4-29所示，它的内部集成有电流比较器、电流放大器、自身工作电源欠电压检测器、故障处理单元及清除封锁逻辑单元。除上述单元外，它内部还集成有3个输入信号处理器、3个脉冲处理器和电平移位器、3个上桥臂侧功率管驱动信号锁存器、3个上桥臂侧功率管驱动信号与欠电压检测器、6个低输出阻抗功率管驱动器和1个或门电路。在正常工作时，输入的6路驱动信号经输入信号处理器处理后变为6路输出脉冲，驱动下桥臂功率管的信号L1～L3经输出驱动器功放后，直接送往被驱动功率器件。而驱动上桥臂功率管的信号H1～H3先经集成于IR2130内部的3个脉冲处理器和电平移位器中的自举电路进行电位变换，变为3路电位悬浮的驱动脉冲，再经对应的3路输出锁存器锁存；并经严格的驱动脉冲与否检验之后，送到输出驱动器进行功放后才加到被驱动的功率管。一旦外电路发生过流或直通，电流检测单元送来的信号高于0.5V时，则IR2130内部的电流比较器迅速翻转，促使故障逻辑处理单元输出低电平，一则封锁3路输入脉冲信号处理器的输出，使IR2130的输出全为低电平，保护功率管；同时IR2130的脚输出故障信号。同样若发生IR2130的工作电源欠电压，则欠电压检测器迅速翻转，也会进行类似动作。发生故障后，IR2130内的故障逻辑处理单元将保持故障闭锁状态。直到故障清除后，在信号输入端～同时被输入高电平，才可以解除故障闭锁状态。(www.xing528.com)

图4-29 IR2130内部结构图

当IR2130驱动上桥臂功率管的自举电源欠电压时，则该路的驱动信号检测器迅速动作，封锁该路的输出，避免功率器件因驱动信号不足而损坏。当逆变器同一桥臂上2个功率器件的输入信号同时为高电平，则IR2130输出的2路栅极驱动信号全为低电平，从而可靠地避免桥臂直通现象发生。

3.基于IR2130驱动的逆变器电路

采用IR2130芯片驱动逆变器功率管时，其基本主电路结构不需要改变，仍可用典型的三相电压型逆变器电路，为便于表示，图4-30示出了IR2130驱动其中1个桥臂的电路示意图，图4-30中C₁是自举电容，为上桥臂功率管驱动的悬浮电源存储能量，VD1的作用是防止上桥臂导通时直流电压母线电压加到IR2130的电源上而使器件损坏，因此VD1应有足够的反向耐压，当然由于VD1与C₁串联，为了满足主电路功率管开关频率的要求，VD1应选快速恢复二极管。R₁和R₂是IGBT的栅极驱动电阻，一般可采用10到几十欧。R₃和R₄组成过流检测电路，其中R₃是过电流取样电阻，R₄是作为分压用的可调电阻。IR2130的、作为功率管的输入驱动信号与单片机连接，由单片机控制产生PWM控制信号的输入，FAULT与单片机外部中断引脚连接，由单片机中断程序来处理故障。

图4-30 IR2130与功率管的连接方式

自举电容的容量取决于被驱动功率器件的开关频率、占空比以及充电回路电阻，必须保证电容充电到足够的电压，而放电时其两端电压不低于欠电压保护动作值，当被驱动的开关频率大于5kHz时，该电容值应不小于0.1μF，且应采用瓷片电容。