高压侧悬浮驱动的自举原理

高压侧悬浮驱动的自举原理 ---------高压悬浮驱动器IR2110的原理和扩展应用 ---------吴胜华,张成胜,钟炎平,吴保芳 ---------3高压侧悬浮驱动的自举原理 IR2110用于驱动半桥的电路如图2所示。图中C1、VD1分别为自举电容和二极管,C2为VCC的滤波电容。假定在S1关断期间C1已充到足够的电压，VC1?VCC，。当HIN为高电平时VM1开通,VM2关断,VC1加到S1的门极和发射极之间,C1通过VM1,Rg1和S1门极栅极电容Cgc1放电,Cgc1被充电。此时VC1可等效为一个电压源。当HIN为低电平时,VM2开通,VM1断开,S1栅电荷经Rg1、VM2迅速释放,S1关断。经短暂的死区时间，td，之后,LIN为高电平,S2开通,VCC经VD1,S2给C1充电,迅速为C1补充能量。如此循环反复。 ---------4自举元器件的分析不 如图2所示自举二极管，VD1，和电容，C1，是IR2110在PWM应用时需要严格挑选和设计的元器件,应根据一定的进行计算分析。在电路实验时进行一些调整,使电路工作在最佳状态。 ---------4.1自举电容的设计 IGBT和PM，POWERMOSFET，具有相似的门极特性。开通时,需要在极短的时间内向门极提供足够的栅电荷。假定在器件开通后,自举电容两端电压比器件充分导通所需要的电压，10V,高压侧锁定电压为8.7/8.3V，要高;再假定在自举电容充电路径上有1.5V的压降，包括VD1的正向压降，;最后假定有1/2的栅电压，栅极门槛电压VTH通常3～5V，因泄漏电流引起电压降。综合上述条件,此时对应的自举电容可用下式表示:C1=，1， 工程应用则取C1>2Qg/(VCC,10,1.5)。 例如FUJI50A/600VIGBT充分导通时所需要的栅电荷Qg=250nC，可由特性曲线查得，,VCC=15V,那么 C1=2×250×10,9/(15,10,1.5)=1.4×10,7F 可取C1=0.22μF或更大一点的,且耐压大于35V的钽电容。 ---------4.2悬浮驱动的最宽导通时间ton(max)当最长的导通时间结束时,功率器件的门极电压Vge仍必须足够高,即必须满足式，1，的约束关系。不论PM还是IGBT,因为绝缘门极输入阻抗比较高,假设栅电容，Cge，充电后,在VCC=15V时有15μA的漏电流，IgQs，从C1中抽取。仍以4.1中设计的参数为例,Qg=250nC,ΔU=VCC,10,1.5=3.5V,Qavail=ΔU×C=3.5×0.22=0.77μC。则过剩电荷ΔQ=0.77,0.25=0.52μC,ΔUc=ΔQ/C=0.52/0.22=2.36V,可得Uc=10，2.36=12.36V。由U=Uc及栅极输入阻抗R===1MΩ可求出t，即ton(max)，,由===1.236可求出 ton(max)=106×0.22×10,6ln1.236=46.6ms ---------4.3悬浮驱动的最窄导通时间ton(min) 在自举电容的充电路径上,分布电感影响了充电的速率。下管的最窄导通时间应保证自举电容能够充足够的电荷,以满足Cge所需要的电荷量再加上功率器件稳态导通时漏电流所失去的电荷量。因此从最窄导通时间ton(min)考虑,自举电容应足够小。 综上所述,在选择自举电容大小时应综合考虑,既不能太大影响窄脉冲的驱动性能,也不 能太小而影响宽脉冲的驱动。从功率器件的工作频率、开关速度、门极特性进行选择,估算后经调试而定。 ---------4.4自举二极管的选择 自举二极管是一个重要的自举器件,它应能阻断直流干线上的高压,二极管承受的电流是栅极电荷不开关频率之积。为了减少电荷损失,应选择反向漏电流小的快恢复二极 管。