IR2235三相桥功率驱动芯片的原理及应用

关键词：三相桥驱动，功率半导体，保护电路 

1. 概述 

International Rectifier公司的IR2133/IR2135/IR2233/IR2235系列驱动芯片是专为高电压、高速度的功率 MOSFET和IGBT而设计的。该系列驱动芯片内部集成了互相的3组半桥驱动电路，可对上下桥臂提供死区时间，特别适合于三相电源变换等方面的应用。芯片的输入信号与 5VCMOS或LSTTL电路输出信号兼容，因此可直接驱动，而且其内部集成了的运算放大器，可通过外部桥臂电阻取样电流构成模拟反馈输入；具有故障电流保护功能和欠电压保护功能，可关闭六个输出通道，同时芯片能提供具有锁存的故障信号输出，此故障信号可由外部信号清除。各通道良好的延迟时间匹配简化了其在高频领域的应用。 

2. IR2XXX的主要性能 

2.1 IR2XXX的封装形式 

IR2133/IR2135/IR2233/IR2235的封装有28脚DIP、44脚PLCC和28脚SOIC三种形式，后两种用于表面贴装。图1所示为28脚DIP形式封装图，各个管脚的功能说明如表1所列。 

2.2 IR2XXX主要参数 

表2所列为IR2XXX的主要特性参数。表中的参数测试条件为：VBIAS（VCC，VBS1，2，3）＝15V，VS1，2，3=VSS，TA=25℃，除非另外说明，静态VIN，VTH和IIN参数的参考点均为VSS.VO和IO 参数点为VSS和VS1，2，3，而动态时的负载电容值为100pF。 

3. IR2XXX的内部结构及典型应用 

3.1 芯片结构 

IR2133/IR2135 /IR2233/IR2235的内部电路功能框图如图2所示。可以看出芯片由输入控制逻辑、欠压保护、电流故障保护、故障逻辑、电流检测及放大和输出驱动等电路构成。 

IR2XXX的输入信号与5VCMOS或LSTTL电路输出信号相兼容，其高电平VIH为2.2V，低电平VIL为0.8V。为防止噪声干扰，输入电路还设计了310ns的输入滤波电路。当六路输入中的一路为低电平时，其相对应的驱动输出为高电平。另外，芯片中的输入控制逻辑电路还为同一桥臂的高端和低端提供了死区时间，以避免同一桥臂上的被驱动功率元件在开关转换过渡期间发生同时导通。如果同一桥臂的高端和低端输入信号同时为低电平，则输入控制逻辑电路可关闭同一桥臂的高端和低端驱动输出。 

3.2 典型应用 

IR2233的典型应用电路如图3所示。此电路可将直流电压+DC逆变为三相交流输出电压（U、V、W）。直流电压+DC来自三相桥式整流电路，交流最大输入电压为460VAC。逆变电路功率元件使用耐压为1200V的IGBT元件IRGPH50KD2。驱动电路使用1200V的IR2233，单电源+15V供电电压经二极管隔离后又分别作为其三路高端驱动输出的供电电源，电容 C1、C2和C3分别为高端三路输出的供电电源的自举电容。PWM控制电路为逆变器提供六路控制信号、 SD信号以及FLT-CLR控制信号。在图3中R7为逆变器直流侧的电流检测电阻，它可将电流I转换为电压信号Vs，并送入驱动芯片IR2233的过电流信号输入ITRIP 端，如电流I过大，IR2233将关闭其六路驱动输出。同时将电压信号Vs送到芯片IR2233内部电流运算放大器的同相输入CA+端，并将放大器的输出电压VCAO送到PWM控制电路。电阻R9和R10可根据系统对过电流的要求来选取。 

4. 使用中的几个问题 

利用IR2233设计如图3所示的逆变器时应注意以下几点： 

●如果要求驱动电路输出的正沿脉冲宽度较宽，则必须加大自举电容容量，否则会造成欠压保护电路工作。 

●如果驱动电路与被驱动的功率器件距离较远，则连接线应使用双绞线。 

●驱动电路输出串接电阻一般应在10～33Ω，而对于小功率器件，串接电阻应该增加到30～50Ω。 

●逆变器电路带轻负载或低功率因数负载时，直流侧会出现反向电流，这时电流放大器输出会出现负值，为避免发生这种现象，电流放大器可设计成带电压偏移的差分输入形式。 

●为了增强系统的抗干扰能力，可使用高速光耦如6N136、TLP2531等元件将控制部分（如上述的PWM控制电路）与由IR2233构成的驱动电路隔离，这样可使控制电路的逻辑地和驱动电路的逻辑地相互。