美國IR公司的IR2110芯片是一種雙通道、柵極驅(qū)動(dòng)、高壓高速功率器件的單片式集成驅(qū)動(dòng)模塊。由于它具有體積小、成本低、集成度高、響應(yīng)速度快、偏值電壓高、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，自推出以來，這種適于功率MOSFET、IGBT驅(qū)動(dòng)的自舉式集成電路在電機(jī)調(diào)速、電源變換等功率驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。IR2110采用先進(jìn)的自舉電路和電平轉(zhuǎn)換技術(shù)，大大簡化了邏輯電路對功率器件的控制要求，使得每對MOSFET（上下管）可以共用一片IR2110，并且所有的IR2110可共用一路獨(dú)立電源。對于典型的6管構(gòu)成的三相橋式逆變器，可采用3片IR2110驅(qū)動(dòng)3個(gè)橋臂，僅需1路10V~20V電源。這樣，在工程上大大減少了驅(qū)動(dòng)電路的體積和電源數(shù)目，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)可靠性。
IR2110的特點(diǎn)
?。?）具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道。
?。?）懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá)500V。
?。?）輸出的電源端（腳3）的電壓范圍為10—20V。
?。?）邏輯電源的輸入范圍（腳9）5—15V，可方便的與TTL，CMOS電平相匹配，而且邏輯電源地和功率電源地之間允許有V的便移量。
?。?）工作頻率高，可達(dá)500KHz。
（6）開通、關(guān)斷延遲小，分別為120ns和94ns。
?。?）圖騰柱輸出峰值電流2A。
IR2110內(nèi)部功能圖
LO（引腳1）：低端輸出
COM（引腳2）：公共端
Vcc（引腳3）：低端固定電源電壓
Nc（引腳4）：空端
Vs（引腳5）：高端浮置電源偏移電壓
VB（引腳6）：高端浮置電源電壓
HO（引腳7）：高端輸出
Nc（引腳8）：空端
VDD（引腳9）：邏輯電源電壓
HIN（引腳10）：邏輯高端輸入
SD（引腳11）：關(guān)斷
LIN（引腳12）：邏輯低端輸入
Vss（引腳13）：邏輯電路地電位端，其值可以為0V
Nc（引腳14）：空端
IR2110的工作原理
IR2110內(nèi)部功能由三部分組成：邏輯輸入；電平平移及輸出保護(hù)。如上所述IR2110的特點(diǎn)，可以為裝置的設(shè)計(jì)帶來許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源的設(shè)計(jì)，可以大大減少驅(qū)動(dòng)電源的數(shù)目，即一組電源即可實(shí)現(xiàn)對上下端的控制。
高端側(cè)懸浮驅(qū)動(dòng)的自舉原理：
IR2110驅(qū)動(dòng)半橋的電路如圖所示，其中C1，VD1分別為自舉電容和自舉二極管，C2為VCC的濾波電容。假定在S1關(guān)斷期間C1已經(jīng)充到足夠的電壓（VC1VCC）。
當(dāng)HIN為高電平時(shí)如圖4.19：VM1開通，VM2關(guān)斷，VC1加到S1的柵極和源極之間，C1通過VM1，Rg1和柵極和源極形成回路放電，這時(shí)C1就相當(dāng)于一個(gè)電壓源，從而使S1導(dǎo)通。由于LIN與HIN是一對互補(bǔ)輸入信號，所以此時(shí)LIN為低電平，VM3關(guān)斷，VM4導(dǎo)通，這時(shí)聚集在S2柵極和源極的電荷在芯片內(nèi)部通過Rg2迅速對地放電，由于死區(qū)時(shí)間影響使S2在S1開通之前迅速關(guān)斷。
當(dāng)HIN為低電平時(shí)如圖4.20：VM1關(guān)斷，VM2導(dǎo)通，這時(shí)聚集在S1柵極和源極的電荷在芯片內(nèi)部通過Rg1迅速放電使S1關(guān)斷。經(jīng)過短暫的死區(qū)時(shí)間LIN為高電平，VM3導(dǎo)通，VM4關(guān)斷使VCC經(jīng)過Rg2和S2的柵極和源極形成回路，使S2開通。在此同時(shí)VCC經(jīng)自舉二極管，C1和S2形成回路，對C1進(jìn)行充電，迅速為C1補(bǔ)充能量，如此循環(huán)反復(fù)。
IR2110自舉電路工作原理分析
自舉電路如圖1所示，其工作原理如下：Q2導(dǎo)通期間將Vs的電位拉低到地，Vcc通過自舉電阻Rbs和自舉二極管Dbs給自舉電容Cbs充電，通過電容Cbs在Vb和Vs之間形成一個(gè)懸浮電源給上橋臂主開關(guān)器件Q1供電。自舉電路的存在使同一橋臂上、下主開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電路只需一個(gè)外接電源。
IR2110柵極電平箝位電路
由于IR2110不能產(chǎn)生負(fù)偏壓，將它用于驅(qū)動(dòng)橋式電路時(shí)，由于密勒效應(yīng)的存在，在開通與關(guān)斷時(shí)刻，集電極與柵極間的寄生電容有位移電流產(chǎn)生，容易在柵極上產(chǎn)生干擾。特別是在大功率情況下，關(guān)斷電流較大，IR2110驅(qū)動(dòng)輸出阻抗不夠小，沿柵極灌入的位移電流會(huì)在驅(qū)動(dòng)電壓上疊加形成比較嚴(yán)重的毛刺干擾。如果該干擾超過IGBT的最小開通電壓，將會(huì)造成橋臂瞬間短路。而本文設(shè)計(jì)的柵極電平箝位電路則解決了由于IR2110不能產(chǎn)生負(fù)偏壓而引起的橋臂短路現(xiàn)象。柵極電平箝位電路如圖2所示。
在上管開通期間，驅(qū)動(dòng)信號使V1導(dǎo)通，V2截止，正常驅(qū)動(dòng)IGBT；上管關(guān)斷期間，V1截止，V2導(dǎo)通，將驅(qū)動(dòng)輸出拉到零電平。這樣，由于密勒效應(yīng)產(chǎn)生的電流將從V2中流過，柵極上的毛刺就可以大大減小，從而避免了橋臂短路現(xiàn)象的出現(xiàn)。
IR2110其他電路應(yīng)用
（1）帶電平箝位的IR2110驅(qū)動(dòng)電路
針對IR2110的不足，對輸出驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了改進(jìn)，可以采用在柵極限流電阻上反并聯(lián)一個(gè)二極管，但在大功率的環(huán)境下不太明顯。本文介紹的第一種方法就是下面如圖4所示電路。在關(guān)斷期間將柵極驅(qū)動(dòng)電平箝位到零電平。在橋臂上管開通期間驅(qū)動(dòng)信號使Q1導(dǎo)通、Q2截止，正常驅(qū)動(dòng)。上管關(guān)斷期間，Q1截止，Q2柵極高電平，導(dǎo)通，將上管柵極電位拉到低電平（三極管的飽和壓降）。這樣，由于密勒效應(yīng)產(chǎn)生的電流從Q2中流過，柵極驅(qū)動(dòng)上的毛刺可以大大的減小。下管工作原理與上管完全相同，不再累述。
?。?）IR2110負(fù)壓產(chǎn)生電路
在大功率IGBT場合，各路驅(qū)動(dòng)電源獨(dú)立，集成驅(qū)動(dòng)芯片一般都有產(chǎn)生負(fù)壓得功能，如EXB841系列，M57957系列等，在IGBT關(guān)斷期間柵極上施加一個(gè)負(fù)電壓，一般為－3～－5V。其作用也是為了增強(qiáng)IGBT關(guān)斷的可靠性。防止由于密勒效應(yīng)而造成的誤導(dǎo)通。IR2110芯片內(nèi)部雖然沒有產(chǎn)生負(fù)壓功能，但可以通過外加幾個(gè)無源器件來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生負(fù)壓得功能，如圖5所示。在上下管驅(qū)動(dòng)電路中均加上由電容和5V穩(wěn)壓管組成的負(fù)壓電路。
其工作原理為：電源電壓為20V，在上電期間，電源通過Rg給Cg充電，Cg保持5V的電壓，在LIN為高電平的時(shí)候，LO輸出0V，此時(shí)S2柵極上的電壓為－5V，從而實(shí)現(xiàn)了關(guān)斷時(shí)負(fù)壓。
對于上管S1，HIN為高電平時(shí)，HO輸出為20V，加在柵極上的電壓為15V。當(dāng)HIN為低電平時(shí)，HO輸出0V，S1柵極為－5V。
IGBT為電壓型驅(qū)動(dòng)器件，所以負(fù)壓負(fù)壓電容C5，C6上的電壓波動(dòng)較小，維持在5V，自舉電容上的電壓也維持在20V左右，只在下管S2導(dǎo)通的瞬間有一個(gè)短暫的充電過程。
IGBT的導(dǎo)通壓降一般小于3V，負(fù)壓電容C5的充電在S2導(dǎo)通時(shí)完成。對于C5，C6的選擇，要求大于IGBT柵極輸入寄生電容Ciss。自舉電容電電路中的二極管D1必須是快恢復(fù)二極管，應(yīng)留有足夠的電流余量。此電路與一般的帶負(fù)壓驅(qū)動(dòng)芯片產(chǎn)生負(fù)壓原理相同，直流母線上疊加了5V的電壓。
?。?）IR2110結(jié)合隔離變壓器電路
上面2種方法已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是也有他的缺點(diǎn)，首先電路比最簡單的應(yīng)用電路要復(fù)雜的多，其次所用的器件數(shù)目增多，成本增加，再次效果也并不是非常好，這主要是因?yàn)镮R2110芯片本身很容易受到開關(guān)管的影響。
負(fù)載增大，電壓升高，IR2110的輸出波形就會(huì)變得很混亂，所以用常規(guī)的變壓器隔離和IR2110結(jié)合起來使用其電路圖如6所示，這種電路結(jié)合了經(jīng)典電路的部分內(nèi)容，大大地減小了負(fù)載對驅(qū)動(dòng)的影響，可以用于大功率場合，電路也比較簡單，非常實(shí)用。
其工作原理為：電源電壓為20V，在上電期間，電源通過Rg給Cg充電，Cg保持5V的電壓，在LIN為高電平的時(shí)候，LO輸出0V，此時(shí)S2柵極上的電壓為－5V，從而實(shí)現(xiàn)了關(guān)斷時(shí)負(fù)壓。
對于上管S1，HIN為高電平時(shí)，HO輸出為20V，加在柵極上的電壓為15V。當(dāng)HIN為低電平時(shí)，HO輸出0V，S1柵極為－5V。
IGBT為電壓型驅(qū)動(dòng)器件，所以負(fù)壓負(fù)壓電容C5，C6上的電壓波動(dòng)較小，維持在5V，自舉電容上的電壓也維持在20V左右，只在下管S2導(dǎo)通的瞬間有一個(gè)短暫的充電過程。
IGBT的導(dǎo)通壓降一般小于3V，負(fù)壓電容C5的充電在S2導(dǎo)通時(shí)完成。對于C5，C6的選擇，要求大于IGBT柵極輸入寄生電容Ciss。自舉電容電電路中的二極管D1必須是快恢復(fù)二極管，應(yīng)留有足夠的電流余量。此電路與一般的帶負(fù)壓驅(qū)動(dòng)芯片產(chǎn)生負(fù)壓原理相同，直流母線上疊加了5V的電壓。