变频电源驱动电路中IR2110的抗干扰技术

    (1)电平钳位。IR2110不能产生负偏压，如果用于驱动桥式电路，在半桥电感负载电路下运行，处于关断状态下的IGBT，由于其反并联二极管的恢复过程，IGBT将承受集电极一发射极间电压的急剧上升。此静态的du/dt通常比IGBT关断时的上升率高。由于密勒效应，此du/dt在集电极一栅极间电容内产生电流，流向栅极驱动电路，如图3-20所示。虽然在关断状态时栅极电压Ug为零，由于栅极电路的阻抗（栅极限流电阻Rg，引线电感Lg），该电流令UGE增加，趋向于UGE(th)。最恶劣的情况是使该电压达到阈值电压，该IGBT将被开通，导致桥臂短路。IR2110驱动输出阻抗不够小，沿栅极的灌入电流会在驱动电压上加上比较严重的毛刺干扰。
    图3-20    du/dt对IGBT栅极电路的影响    针对IR2110的不足，在实际应用中应对输出驱动电路进行了改进，采用在栅极限流电阻上反并联一个二极管来解决，但在大功率下效果不太明显。采用如图3-21所示的电路。在关断期间将栅极驱动电平钳位到零电平。在桥臂上管开通期间驱动信号使VT1导通、VT2截止。上管关断期间，VT1截止，VT2基极高电平而导通，将上管栅极电位拉到低电平（三极管的饱和压降）。这样，由于密勒效应产生的电流从VT2中流过，栅极驱动上的毛刺可以大大减小。下管同理。    (2)负压电路。在大功率IGBT驱动场合，各路驱动电源独立，集成驱动芯片一般都有产生负压的功能，如EXB841系列、M57957系列等，在IGBT关断期间在栅极上施加负电压，一般为-5V。其作用也是为了增强IGBT关断的可靠性，防止由于密勒效应而造成误导通。IR2110芯片内部虽然没有产生负压的功能，但可以通过外加几个无源器件来实现产生负压的功能，如图3-22所示。在上、下管驱动电路中均加上由电容C5、C6和5V稳压管VDZ1、VDZ2组成的负压电路。其工作原理为：电源电压Ucc为20V，在上电期间，电源通过R1给C6充电，C6上保持5V的电压，在LIN为高电平时，LO输出高电平20V，这时加在下管S2栅极上的电压为20-5=15 (V)，IGBT正常导通。当LIN输入为低电平时，LO输出0V，此时S2栅极上的电压为-5V，从而实现关断时所需的负压。对于上管S1，HIN输入高电平时，HO输出20V，加在S1栅极上的电压为15V。当HIN为低电平时，HO输出0V，S1栅极为-5V。由于IGBT为电压型驱动器件，所以负压电容C5、C6上的电压波动较小，维持在5V，自举电容上的电压也维持在20V左右，只在下管S2导通的瞬间有个短暂的充电过程。IGBT的导通压降一般小于3V，负压电容C5的充电在S2导通时完成。对于C5、C6的选择，要求大于IGBT栅极输入寄生电容Ciss。自举电容充电电路中的二极管VD1必须是快恢复二极管，应留有足够的电流余量。此电路与一般的带负压驱动芯片产生负压原理相同，直流母线上叠加了5V的电压。
    图3-21    带电平钳位的2110驱动电路
    图3-22    IR2110负压产生电路    (3)自举电容及栅极限流电阻选取。自举电容用一个大电容和一个小电容并联使用。在频率为20kHz左右的工作状态下选用1μF和0.1μF并联。并联高频小电容用来吸收高频毛刺干扰电压。上管的驱动波形峰顶不应出现下降的现象，驱动大容量的IGBT，在工作频率较低的情况下要注意自举电容电压稳定性问题，故选用较大的电容。    选择适当的栅极限流电阻对IGBT驱动相当重要。IGBT的开通和关断是通过栅极电路的充放电来实现的，因此栅极将对IGBT的动态特性产生极大的影响。数值较小的栅极电阻使栅极电容的充放电较快，从而减小开关时间和开关损耗。同时较小的栅极电阻增强了器件的耐固性，避免du/dt带来的误导通，但与此同时它只能承受较小的栅极噪声，并导致栅极一发射极之间电容同驱动电路引线的寄生电感产生振荡问题。另外较小的栅极电阻还使得IGBT开通di/dt变大，会导致较高的du/dt，增加了反向恢复二极管的浪涌电压。在低频应用情况下，开关损耗不成为一个重要的考虑因素，栅极电阻增大可以提供较慢的开通速度，这时应当考虑栅极的瞬态电压和驱动电流。对于不同电流容量的IGBT，其栅极限流电阻有不同的取值。一般是功率越大的IGBT栅极电阻越小，同时对栅极驱动电路的布线也有严格要求，引线电感应尽可能小。在实际应用中应根据具体的情况作调整，选取最合适的值。    IR2110由于其驱动电路简单，得到了广泛的应用。以上提出的几种IR2110驱动电路的抗干扰措施，包括电平钳位电路，负压产生电路和栅极电阻的选取。在实际应用中，应根据具体的应用情况采用不同的抗干扰措施。