摘　要:介紹了IR2111和IR2130功率MOSFET/IGBT驅動器的特點，分析了以IR2111和IR2130作為功率元件驅動器的PWM直流伺服系統主電路的工作原理。

1 引言

功率元件驅動電路的特性在PWM直流伺服系統中占有很重要的地位，在FTCM直流伺系統中，H橋型主電路有四個功率開關器件（功率MOSFET或IGBT），若每個開關器件都用一單獨的驅動電路驅動，則需四個驅動電路，至少要配備三個相互獨立的直流電源為其供電，這使得系統硬件結構復雜，可靠性下降。 IR2111和IR2130是功率MOSFET和IGBT專用柵極驅動集成電路，獨有的HVIC（H 一voltage integrated circuit）技術使得它可用來驅動工作在母線電壓高達600V的電路中的功率MOS器件。采用兩片m 2111或一片IR2130。可完成四個功率元件的驅動任務，其內部采用白舉技術，使得功率元件的驅動電路僅需一個輸人級直流電源；可實現對功率MOSFET和IGBT的最優(yōu)驅動，還具有完善的保護功能。它們的應用可提高系統的集成度和可靠性，并可大大縮小線路板的尺寸。

2 IR2111在PWM直流伺服系統中的應用

IR2111是半橋驅動器（Half—Bride Driver），它可同時輸出兩個驅動逆變橋中高壓側和低壓側的通道信號。以兩片1B2111作為H橋形PWM主電路功率元件驅動器的電路原理圖如圖1所示。IR 2111的輸入信號IN1和IN2來自伺服系統的控制電路，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 ）分別輸出低壓側和高壓側MOS器件的驅動信號，其輸入輸出邏輯關系示意如圖2。邏輯輸入信號與CMOS電平兼容，輸出柵極驅動電壓的范圍為10～20V。開關時間的典型值為ton=850ns。toff=150ns，死區(qū)時間Tdt的典型值為700 。死區(qū)時間是使同一橋臂上兩MOS器件的驅動信號產生上升沿延時，以防止由于MOS器件關斷延時造成的直臂導通現象。vcc（1腳）為芯片的工作電源，它為低壓側和邏輯固定電源，V （2腳）通過二極管D接vcc，為高壓側提供懸浮電源。兩片IR2111 公用一個直流工作電源。

3 IR2130在PWM直流伺服系統中的應用

IR2130是專用的三相橋驅動器，它帶有三個獨立的高壓側和低壓側輸出通道，可輸出六路驅動脈沖，只需一個直流工作電源，工作頻率可達上百千赫茲。它可以應用于三相變頻電源、交流調速、不間斷電源（UPS）等系統中，在此取其中的四路驅動脈沖應用于PWM直流伺服系統中，圖3畫出了相應的驅動電路和主電路。 引腳2、3、4（HINI、HIN2、HIN3）為三個高壓側功率管對應的驅動器輸入信號端；引腳5、6、7（LINI、LIN2、LIN3）為三個低壓倒功率管對應的驅動器輸入信號端。在本系統中用了其中的4路信號。這些輸入信號來自伺服系統的控制電路。引腳19（H03）和18（V ）引腳23（H02）和2（v ）、引腳27（H01）和26（vs ）為高壓側三個功率M0S器件柵極驅動信號輸出端，應用HO1、H02、H03分別接功率MOS器件的柵極，V V V ，分別接相應的源極（或發(fā)射極）。內部高壓側三個驅動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MOS功率器件的柵極驅動信號輸出端，應用中分別接功率MOS器件的柵極，引腳l3（v ）同時接低壓側三個功率MOS器件的源極（或發(fā)射極），邏輯輸入信號與CMOS電乎兼容，輸出柵極驅動電壓的范圍為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輸入輸出關系如圖4所示。與IR2111不同，IR2130提供了更為完善的保護功能。

（1）過流保護。電流檢測元件DWI、R1送出的信號接至過流檢測輸入端Im 9腳），當外電路發(fā)生過流或直通，I ，端電壓高于0．5v時，IR2130內部保護電路使其輸出驅動信號全為低電乎，從而使被驅動的M0S器件全部截止，保同護時了功率管，同時IR2130的FAULT（引腳8變?yōu)榈碗娖?，該信號接發(fā)光二極管進行故障報警，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。若IR2130的工作電源欠電壓，與過流保護相似，內部的欠壓保護電路使其輸出驅動信號全為低電乎，同時從FAULT端輸出故障信號。

（3）邏輯封鎖。當前一級控制電路的脈沖發(fā)生邏輯錯誤時，IR2130接受到功率元件同一橋臂高壓倒和低壓側兩功率器件的驅動信號全為高電平時，內部保護功能的老串調設備控制線路進行適度改造，增加自控點及監(jiān)剝口，使設備滿足了水廠自動化改造的要求，同時提供了計算機監(jiān)控功能，使串調裝置的安全可靠性大為提高，為整個車間實現無人值守創(chuàng)造了條件，幾年來運行情況良好。

3 國產可控硅串級調速裝置應用維護經驗

可控硅串級詞速裝置相對于變頻裝置，由于設備數量多，維護工作量大，強電方面不僅有繞線式電機維護，還有啟動設備。整流單元、逆變單元、復雜的繼電回路及逆變變壓器。但弱電方面技術含量低于變頻，維護相對簡單。所以串調運行維護主要應做好以下幾點工作。

（1）串調裝置中強電設備較多，繼電回路相對復雜，繼電回路元器件質量及安裝相當重要。要選用質量較好的元器件，如繼電器，接觸器、連接端子替，并在使用中經常注意維護，使其保持較好狀態(tài)。

（2）廠家一般提供5o％ 一95％n。以上調速范圍的串調裝置，但使用中建議，在60％ 一9o％n。的速度范圍內運行，在相對窄些的范圍內運行．串調裝置故障較少，否則容易出現裝置由調速狀態(tài)誤動作而退人全速運行狀態(tài)的情況，給實際運行帶來不便。其原因主要是在速度過低時，串調直流回路電流較小，可控硅易出現打不開的情況，引起保護運作；或在速度過高時，直流回路電流較大，負載波動時．故障檢測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）某一個可控硅故障時，要求系統保護必須在毫秒級時間內立即動作，否則易引起其他可控硅的連串故障，所以故障檢測回路十分靈敏，特別在調速狀態(tài)且轉速較高時，系統受干擾往往會引起直流電流波動。所以當電機由調速轉入全速或同一供電電源連接的其他大功率機、電容器組投切時，最好先把電機轉速適當調低，等于擾過后再調回正常，則可減少串調裝置的故障誤檢測，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)熱嚴重，應注意通風散熱，否則易引起電子元件老化或可控硅燒毀。

（5）串調系統使用繞線式電機，加強電機的維護也是串調系統正常運行的重要一環(huán)，定期清理電機滑環(huán)碳粉、定期檢查、及時更換磨損量超過標準的碳刷等維護工作．均應引起足夠重視。

（6）串調系統的最大不足在于，串調投入后，一般會引起系統功率因數的較大降低，所以在使用串調時，應經常檢查系統功率因數，注意適時投切補償電容器組。

4 小結

目前，國產串級調速裝置，存在設備復雜、維護量較大的缺點，但其相對于性能較好的進口變頻裝置，價格適中．技術成熟，維護技術要求低．在資金緊張或利用現有繞線式電機進行調速改造的情況下。仍不失為尚佳的調速方案。