1.IR2130與MOS管總體驅動框圖

2.IR2130芯片簡單介紹

是一款很老的片子。

IR公司推出的IR21xx系列集成芯片是MOS、IGBT功率器件專用柵極驅動芯片，通過自舉電路工作原理，使其既能驅動橋式電路中低壓側的功率器件，又能驅動高壓側的功率元件，因而在電機控制、伺服驅動、UPS電源等方面得到廣泛應用。這些器件集成了特有的負電壓免疫電路，提高了系統耐用性和可靠性，有些器件不僅有過流、過溫檢測輸入等功能，還具有欠壓鎖定保護、集成死區時間保護、擊穿保護、關斷輸入、錯誤診斷輸出等功能。

IR2130是600V以下高壓集成驅動器件，它具有六路輸入信號和六路輸出信號，且只需一個供電電源即可驅動三相橋式逆變電路的6個功率開關器件，一片IR2130可替代3片IR2110,使整個驅動電路更加簡單可靠。

IR2130 對自舉技術的巧妙運用節約了多路輔助觸發電源，簡化了驅動電路的設計，提高了系統的可靠性。
IR2130 驅動芯片內置死區電路以及過流保護欠壓保護等功能，進一步提高了系統的可靠性。
采用分離器件搭建的 3 個 P 溝道以及 3 個 N 溝道組成的逆變橋驅動電路，由于存在上拉電阻，限制了 CMOS 管的開關速度，增大了系統的非線性性。采用該方法當 PWM波的頻率達到 10KHZ時就已經有比較嚴重的失真。

IR2130 除集成了一個全橋的驅動器以及各種保護功能外，最主要的技術是對自舉技術的巧妙應用。如圖，Vbs（驅動電路 Vb 與 Vs 管腳之間的電壓差）給功率主電路上橋臂提供電源。

IR2130芯片具有以下一些特點：

（1）可直接驅動高達600V電壓的高壓系統，輸出端具有dV/dt抑制功能;

（2）最大正向峰值驅動電流為250mA，反向峰值驅動電流為500mA;

（3）具有電流放大和過電流保護功能，同時關斷六路輸出;

（4）自動產生成上、下側驅動所必需的死區時間（2.5μs）;

（5）具有欠壓鎖定功能并能及時關斷六路輸出;

（6）2.5V邏輯信號輸入兼容。

IR2130的內部結構如圖1所示,引腳定義VCC為輸入電源, HIN1、HIN2、HIN3、LIN1、LIN2、LIN3為輸入端,FALUT為故障輸出端, ITRIP為電流比較器輸入端，CAO為電流放大器輸出端, CA-為電流放大器反向輸入端,VSS為電源地,VSD為驅動輸出地,L01、L02、L03為三路低側輸出,VB1、VB2、VB3為三路高側電源端，HO1、HO2、HO3為三路高側輸出端，VS1、VS2、VS3為高端側電源地。
芯片內部框圖：

正常工作時,輸入的6 路邏輯控制信號經內部的3個輸入信號處理器處理,下橋臂信號L1-L3經輸出驅動器功放后,直接送往被驅動功率器件。而上橋臂功率管的信號H1-H3先經集成于IR2130內部的3 個電平移位器中的自舉電路進行電位變換, 變為3 路電位懸浮的驅動信號, 再經對應的3路輸出鎖存器鎖存并經嚴格的電壓檢驗之后, 送到輸出驅動器后才加到被驅動的功率管。

當外部電流發生過流時，電流檢測單元送來的信號高于內部給定電壓0.5V，IR2130內部的電流比較器迅速翻轉,使故障邏輯處理單元輸出低電平，快速封鎖3路輸入脈沖信號處理器的輸出，使IR2130的輸出全為低電平，保護功率管;同時IR2130的FAULT腳電平拉低，輸出故障指示。若發生工作電源欠壓，則欠壓檢測器迅速翻轉，也會進行類似動作。發生故障后，IR2130內的故障邏輯處理單元的輸出將保持故障閉鎖狀態，直到故障清除。在信號輸入端LIN1-LIN3同時被輸入高電平時，才可以解除故障閉鎖狀態。

3.IR2130的管腳定義

HIN1,2,3：高側柵驅動器輸出（HO1、2、3）的邏輯輸入，反相輸出；
LIN1,2,3：低側柵驅動器輸出的邏輯輸入（LO1、2、3），反相輸出；
FAULT：錯誤信號輸出，表示發生過流或者欠壓信號，低電平有效；
ITRIP：過流關閉輸入引腳；
CAO：內部電流放大器輸出；
CA-：內部電流放大器反向輸入端；
VB1,2，3：提供高側驅動電源；
VS1,2,3：低側電源返回；
VSO：電流放大器的低側回路和正極輸入。

4.MOS管驅動電路要求特點
（1）每個MOSFET 高壓側需要一個隔離電源，電平轉換電路
錯綜復雜；
（2）變壓器隔離驅動：雖然簡單便宜，但用于寬占空比范圍時技術復雜，且在頻率下降時變壓器尺寸顯著增加；
（3）自舉驅動：雖簡單便宜，但具有類似的限制，即占空比和開通時間都受自舉電容刷新的限制；
（4）電荷泵電路構成 MOSFET 驅動電路：功率管可以得到很好的開關波形，同時電路具有結構簡單、成本低、易實現等優點。

電力電子裝置的小型化對功率開關器件的工作頻率提出了越來越高的要求，各種全控型功率器件相繼出現，已經在開關變換器中得到了廣泛應用。MOSFET 是一種單極性器件，沒有少數載流子的存儲效應，工作頻率可達幾十 kHz 至 MHz，具有驅動功率小、功率容量大等優點。應用在逆變器上的
MOSFET 能比其他功率元件提供更好效益，其中包括高載流能力，并能與逆并聯二極管配合使用

5.IR2130與MOS管驅動電路

類似于上圖，IR2130可以驅動六只MOS管，構成全橋驅動電路；

由于ＩＲ2130采用了不隔離的驅動方式，若主電路功率器件損壞，高壓將直接串入 ＩＲ2130，引起ＩＲ2130永久性損壞；嚴重時還 會將ＩＲ2130前級電路擊穿。
當ＩＲ2130的輸入信號來自微處理器 時必須采取隔離措施，由于ＩＲ2130具有高側驅動功能，因此可使用普通光電耦合器，以降低成本。

6.IR2130的自舉電路

自舉電源主要由二極管和電容組成，電路工作原理如下：當 Vs 通過下端器件被拉到地電位時，15V Vcc 電源通過自舉二極管（Dbs）給自舉電容（Cbs）充電，因此 Vb 與 Vs 之間產生一個接近于 Vcc 的電勢差；當 Vdc 導通后，Vs 的電壓變成主電路電源電壓，由于自舉二極管的單向導通性，Vbs 的電壓基本維持不變，但 Vb 相對于功率地的電平卻變成了 Vdc＋Vbs，這就是“自舉”名稱的由來，顯然，Vbs 為上橋臂驅動提供了一個懸浮電源。IR2130 集成芯片同時提供了 Vbs 的欠壓保護，當Vbs 電壓下降到 8.35V 以下時，將關閉高端驅動輸出，從而保證了CMOS 管不會在高功耗下工作。下面就自舉電容和自舉二極管的選擇作出分析。

首先要指出的是，以下五方面影響自舉電源的工作：
a)驅動高壓側功率器件所需要的電荷
b)高端驅動電路靜態電流的大小
c)驅動 IR2130 中電平轉換電路的電流大小
d)CMOS 管柵源漏電流大小
e)自舉電容的漏電流（僅當自舉電容為電解電容時考慮）
依據上述因素可得自舉電容應該提供的最小電荷要求：

其中，Qgs———高端功率器件柵極電荷；f———功率器件的工作頻率；Icbs(leak)———自舉電容的漏電流；Iqbs(max)———高壓側驅動部分的靜態電流；QIs———每個周期內 IR2130 內部電平轉換所需的電荷量。自舉電容必須能夠提供這些電荷，并且保持其電壓基本不變。否則，Vbs 將會有很大的電壓紋波，并且可能低于欠壓值 VVSUV（8.35），使高端無輸出并停止工作。因此，Cbs 電容的電荷應該至少是最小電荷的 2 倍。最小電容值可以由下式計算得：

其中，Vf———自舉二極管正向壓降；VIs———低端器件壓降由上式計算得到的數值僅僅是自舉電容的最小容值，考慮到工作的可靠性，自舉電容的實際容值一般都選為最小容值 15 倍以上。

7.IR2130保護電路和故障邏輯

IR2130自帶過流保護功能：驅動電路的正常運轉離不開保護電路，通過電路保護，可以大大提高逆變驅動電路的可靠性。之前介紹過 IR2130的 過流保 護引腳 ITRIP 與故障輸出引 腳FAULT，利用此設計了三相逆變電路的過流保護電路。過流檢測電路如圖所示：

該電路主要由一個采樣電阻R311，和一個電壓比較器U182組成，R311上端接低側 MOS 管的漏極，取值 22 mΩ，作用是將電流信號轉化為電壓信號。當逆變驅動電路中的電流超過閾值，則電壓 U1>U2。電壓比較器會輸出一個高電平給 ITRIP 引腳，IR2136 會切斷門極驅動輸出信號，并通過FAULT 引腳給主控芯片發送過流信號。閾值電壓 為：

故障邏輯：
ITRIP 是過流保護的邏輯輸入信號，該信號來自于由內部放大器、外部電阻、電位器構成的比較電路，電流比較輸出與電源欠壓監測電路接入封鎖
邏輯電路。一旦信號高電平有效，則封鎖 6 個輸出通道，同時送出一個故障信號給外部電路，實現在過流或欠壓情況下通過封鎖驅動輸出信號來達到
保護 IGBT 的目的。

電流 信號放大電路：

IR2130 提供了一個信號放大器，以使三相逆變橋直流電源返回支路中的電流可以被檢測到。檢測電阻 R 所檢出的電壓（0～0．5V）可由電流放大器放大為 0～5V 的模擬信號并從 CAO 輸出，用于外部控制電路。

8.IR2130的不足之處

ａ．ＩＲ2130的故障輸出只有一個通道，在 實際應用中很難判斷是過電流還是欠壓故障。特別是在上電過程中，控制電源必然從0上升至某值，在此過程中，ＩＲ2130的故障輸出 端因內部欠壓而動作，將此信號作為過電流 信號去觸發前級保護電路時?如果前級保護 電路具有自鎖功能。可能使電路無法起動。

ｂ．由于ＩＲ2130的電流檢測輸入端直接與主電路連接，很容易引入干抗而使系統停機或出現異常。因此，電流檢測電阻應采用無感電阻。

ｃ．由于ＩＲ2130采用了不隔離的驅動方式，若主電路功率器件損壞，高壓將直接串入 ＩＲ2130，引起ＩＲ2130永久性損壞，嚴重時還會將ＩＲ2130前級電路擊穿。

ｄ．當ＩＲ2130的輸入信號來自微處理器時必須采取隔離措施，由于ＩＲ2130具有高側驅動功能，因此可使用普通光電耦合器，以降低成本。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的IR2130与MOSFET驱动电路分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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