摘　要:介紹了IR2111和IR2130功率MOSFET/IGBT驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)，分析了以IR2111和IR2130作為功率元件驅(qū)動(dòng)器的PWM直流伺服系統(tǒng)主電路的工作原理。

1 引言

功率元件驅(qū)動(dòng)電路的特性在PWM直流伺服系統(tǒng)中占有很重要的地位，在FTCM直流伺系統(tǒng)中，H橋型主電路有四個(gè)功率開關(guān)器件（功率MOSFET或IGBT），若每個(gè)開關(guān)器件都用一單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)，則需四個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，至少要配備三個(gè)相互獨(dú)立的直流電源為其供電，這使得系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性下降。 IR2111和IR2130是功率MOSFET和IGBT專用柵極驅(qū)動(dòng)集成電路，獨(dú)有的HVIC（H 一voltage integrated circuit）技術(shù)使得它可用來驅(qū)動(dòng)工作在母線電壓高達(dá)600V的電路中的功率MOS器件。采用兩片m 2111或一片IR2130。可完成四個(gè)功率元件的驅(qū)動(dòng)任務(wù)，其內(nèi)部采用白舉技術(shù)，使得功率元件的驅(qū)動(dòng)電路僅需一個(gè)輸人級(jí)直流電源；可實(shí)現(xiàn)對(duì)功率MOSFET和IGBT的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)，還具有完善的保護(hù)功能。它們的應(yīng)用可提高系統(tǒng)的集成度和可靠性，并可大大縮小線路板的尺寸。

2 IR2111在PWM直流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用

IR2111是半橋驅(qū)動(dòng)器（Half—Bride Driver），它可同時(shí)輸出兩個(gè)驅(qū)動(dòng)逆變橋中高壓側(cè)和低壓側(cè)的通道信號(hào)。以兩片1B2111作為H橋形PWM主電路功率元件驅(qū)動(dòng)器的電路原理圖如圖1所示。IR 2111的輸入信號(hào)IN1和IN2來自伺服系統(tǒng)的控制電路，它們分別送到IR2111的2腳（IN端）；管腳4（LO）、3（COM）和管腳7（HO）、6（V ）分別輸出低壓側(cè)和高壓側(cè)MOS器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其輸入輸出邏輯關(guān)系示意如圖2。邏輯輸入信號(hào)與CMOS電平兼容，輸出柵極驅(qū)動(dòng)電壓的范圍為10～20V。開關(guān)時(shí)間的典型值為ton=850ns。toff=150ns，死區(qū)時(shí)間Tdt的典型值為700 。死區(qū)時(shí)間是使同一橋臂上兩MOS器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生上升沿延時(shí)，以防止由于MOS器件關(guān)斷延時(shí)造成的直臂導(dǎo)通現(xiàn)象。vcc（1腳）為芯片的工作電源，它為低壓側(cè)和邏輯固定電源，V （2腳）通過二極管D接vcc，為高壓側(cè)提供懸浮電源。兩片IR2111 公用一個(gè)直流工作電源。

3 IR2130在PWM直流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用

IR2130是專用的三相橋驅(qū)動(dòng)器，它帶有三個(gè)獨(dú)立的高壓側(cè)和低壓側(cè)輸出通道，可輸出六路驅(qū)動(dòng)脈沖，只需一個(gè)直流工作電源，工作頻率可達(dá)上百千赫茲。它可以應(yīng)用于三相變頻電源、交流調(diào)速、不間斷電源（UPS）等系統(tǒng)中，在此取其中的四路驅(qū)動(dòng)脈沖應(yīng)用于PWM直流伺服系統(tǒng)中，圖3畫出了相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路和主電路。 引腳2、3、4（HINI、HIN2、HIN3）為三個(gè)高壓側(cè)功率管對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)端；引腳5、6、7（LINI、LIN2、LIN3）為三個(gè)低壓倒功率管對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)端。在本系統(tǒng)中用了其中的4路信號(hào)。這些輸入信號(hào)來自伺服系統(tǒng)的控制電路。引腳19（H03）和18（V ）引腳23（H02）和2（v ）、引腳27（H01）和26（vs ）為高壓側(cè)三個(gè)功率M0S器件柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端，應(yīng)用HO1、H02、H03分別接功率MOS器件的柵極，V V V ，分別接相應(yīng)的源極（或發(fā)射極）。內(nèi)部高壓側(cè)三個(gè)驅(qū)動(dòng)器的懸浮電源由引腳2o（v ）、24（v ）、28（v ）提供，連接方法見圖3。引腳I4、15、16（L03、L02、LO1）為低壓倒三個(gè)MOS功率器件的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端，應(yīng)用中分別接功率MOS器件的柵極，引腳l3（v ）同時(shí)接低壓側(cè)三個(gè)功率MOS器件的源極（或發(fā)射極），邏輯輸入信號(hào)與CMOS電乎兼容，輸出柵極驅(qū)動(dòng)電壓的范圍為10—20V。所有輸出都具有反相邏輯，死區(qū)相間（Tdt）典型值為2．5us，IR2130輸入輸出關(guān)系如圖4所示。與IR2111不同，IR2130提供了更為完善的保護(hù)功能。

（1）過流保護(hù)。電流檢測(cè)元件DWI、R1送出的信號(hào)接至過流檢測(cè)輸入端Im 9腳），當(dāng)外電路發(fā)生過流或直通，I ，端電壓高于0．5v時(shí)，IR2130內(nèi)部保護(hù)電路使其輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)全為低電乎，從而使被驅(qū)動(dòng)的M0S器件全部截止，保同護(hù)時(shí)了功率管，同時(shí)IR2130的FAULT（引腳8變?yōu)榈碗娖剑撔盘?hào)接發(fā)光二極管進(jìn)行故障報(bào)警，也可將其引入前一極控制電路封鎖脈沖形成環(huán)節(jié)的輸出。

（2）欠壓保護(hù)。若IR2130的工作電源欠電壓，與過流保護(hù)相似，內(nèi)部的欠壓保護(hù)電路使其輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)全為低電乎，同時(shí)從FAULT端輸出故障信號(hào)。

（3）邏輯封鎖。當(dāng)前一級(jí)控制電路的脈沖發(fā)生邏輯錯(cuò)誤時(shí)，IR2130接受到功率元件同一橋臂高壓倒和低壓側(cè)兩功率器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)全為高電平時(shí)，內(nèi)部保護(hù)功能的老串調(diào)設(shè)備控制線路進(jìn)行適度改造，增加自控點(diǎn)及監(jiān)剝口，使設(shè)備滿足了水廠自動(dòng)化改造的要求，同時(shí)提供了計(jì)算機(jī)監(jiān)控功能，使串調(diào)裝置的安全可靠性大為提高，為整個(gè)車間實(shí)現(xiàn)無人值守創(chuàng)造了條件，幾年來運(yùn)行情況良好。

3 國產(chǎn)可控硅串級(jí)調(diào)速裝置應(yīng)用維護(hù)經(jīng)驗(yàn)

可控硅串級(jí)詞速裝置相對(duì)于變頻裝置，由于設(shè)備數(shù)量多，維護(hù)工作量大，強(qiáng)電方面不僅有繞線式電機(jī)維護(hù)，還有啟動(dòng)設(shè)備。整流單元、逆變單元、復(fù)雜的繼電回路及逆變變壓器。但弱電方面技術(shù)含量低于變頻，維護(hù)相對(duì)簡單。所以串調(diào)運(yùn)行維護(hù)主要應(yīng)做好以下幾點(diǎn)工作。

（1）串調(diào)裝置中強(qiáng)電設(shè)備較多，繼電回路相對(duì)復(fù)雜，繼電回路元器件質(zhì)量及安裝相當(dāng)重要。要選用質(zhì)量較好的元器件，如繼電器，接觸器、連接端子替，并在使用中經(jīng)常注意維護(hù)，使其保持較好狀態(tài)。

（2）廠家一般提供5o％ 一95％n。以上調(diào)速范圍的串調(diào)裝置，但使用中建議，在60％ 一9o％n。的速度范圍內(nèi)運(yùn)行，在相對(duì)窄些的范圍內(nèi)運(yùn)行．串調(diào)裝置故障較少，否則容易出現(xiàn)裝置由調(diào)速狀態(tài)誤動(dòng)作而退人全速運(yùn)行狀態(tài)的情況，給實(shí)際運(yùn)行帶來不便。其原因主要是在速度過低時(shí)，串調(diào)直流回路電流較小，可控硅易出現(xiàn)打不開的情況，引起保護(hù)運(yùn)作；或在速度過高時(shí)，直流回路電流較大，負(fù)載波動(dòng)時(shí)．故障檢測(cè)單元容易誤判為過流故障。

（3）由于可控硅回路特性（特別是逆變回路）某一個(gè)可控硅故障時(shí)，要求系統(tǒng)保護(hù)必須在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)立即動(dòng)作，否則易引起其他可控硅的連串故障，所以故障檢測(cè)回路十分靈敏，特別在調(diào)速狀態(tài)且轉(zhuǎn)速較高時(shí)，系統(tǒng)受干擾往往會(huì)引起直流電流波動(dòng)。所以當(dāng)電機(jī)由調(diào)速轉(zhuǎn)入全速或同一供電電源連接的其他大功率機(jī)、電容器組投切時(shí)，最好先把電機(jī)轉(zhuǎn)速適當(dāng)調(diào)低，等于擾過后再調(diào)回正常，則可減少串調(diào)裝置的故障誤檢測(cè)，引起不必要的狀態(tài)切換。

（4）可控硅裝置在使用過程中．發(fā)熱嚴(yán)重，應(yīng)注意通風(fēng)散熱，否則易引起電子元件老化或可控硅燒毀。

（5）串調(diào)系統(tǒng)使用繞線式電機(jī)，加強(qiáng)電機(jī)的維護(hù)也是串調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要一環(huán)，定期清理電機(jī)滑環(huán)碳粉、定期檢查、及時(shí)更換磨損量超過標(biāo)準(zhǔn)的碳刷等維護(hù)工作．均應(yīng)引起足夠重視。

（6）串調(diào)系統(tǒng)的最大不足在于，串調(diào)投入后，一般會(huì)引起系統(tǒng)功率因數(shù)的較大降低，所以在使用串調(diào)時(shí)，應(yīng)經(jīng)常檢查系統(tǒng)功率因數(shù)，注意適時(shí)投切補(bǔ)償電容器組。

4 小結(jié)

目前，國產(chǎn)串級(jí)調(diào)速裝置，存在設(shè)備復(fù)雜、維護(hù)量較大的缺點(diǎn)，但其相對(duì)于性能較好的進(jìn)口變頻裝置，價(jià)格適中．技術(shù)成熟，維護(hù)技術(shù)要求低．在資金緊張或利用現(xiàn)有繞線式電機(jī)進(jìn)行調(diào)速改造的情況下。仍不失為尚佳的調(diào)速方案。