引 言

　　電動機應用的日益廣泛，使其驅動控製的研究也越來越成為(wei) 人們(men) 研究的熱點。隨著功率VMOS器件以及絕緣柵雙極晶體(ti) 管（IGBT）器件的廣泛運用，更多場合使用VMOS器件或IGBT器件組成橋式電路，例如開關(guan) 電源半橋變換器或全橋變換器、直流無刷電機的橋式驅動電路、步進電機驅動電路，以及逆變器的逆變電路。IR（Inter—national Rectifier）公司提供了多種橋式驅動集成電路芯片，本文介紹了IR21844功率驅動集成芯片在直流無刷電機的橋式驅動電路中的應用。該芯片是一種雙通道、柵極驅動、高壓高速功率器件的單片式集成驅動模塊，在芯片中采用了高度集成的電平轉換技術，大大簡化了邏輯電路對功率器件的控製要求，同時提高了驅動電路的可靠性。尤其是上管采用外部自舉(ju) 電容上電，使得驅動電源數目較其他IC驅動大大減少。對於(yu) 典型的6管構成的三相橋式逆變器，采用3片IR21844驅動3個(ge) 橋臂，僅(jin) 需1路10～20 V電源。這樣，在工程上大大減少了控製變壓器的體(ti) 積和電源數目，降低了產(chan) 品成本，提高了係統可靠性。

1 IR21844主要特點及技術參數

　　IR21844集成驅動芯片與(yu) 目前應用的集成驅動芯片相比，具有以下特點：

　　該芯片為(wei) 標準14引腳單片式結構，圖1為(wei) 其引腳分布圖;

　　設有懸浮截獲電源可自舉(ju) 運行，其高端工作電壓最高達600 V，抗du/dt幹擾能力為(wei) 50 V/ns，15 V時靜態功耗為(wei) 1.6 W;

　　輸出柵極驅動電壓範圍較寬，為(wei) 10～20 V;

　　IR21844采用CMOS工藝製作，邏輯電路和功率電路共用一個(ge) 電源，電壓範圍為(wei) 10～20 V，適應TTL或CMOS邏輯信號輸入;

　　采用CMOS施密特觸發輸入，以提高電路抗幹擾能力;

　　具有獨立的高端和低端2個(ge) 輸出通道，兩(liang) 路通道均帶有滯後欠壓鎖定功能;

　　容許邏輯電路參考地（VSS）與(yu) 功率電路參考地（COM）之間有一5～+5 V的偏移量;

　　死區時間可調。

　　圖1中，引腳1（IN）是邏輯輸入控製端;引腳6和12是2路獨立的輸出，分別是L0（低端輸出）和H0（高端輸出）;引腳7和13分別是VCC（低端電源電壓）和VB（高端浮置電源電壓）;引腳5（COM）是低端電源公共端;引腳11和3分別是VS（高端浮置電源公共端）和VSS（邏輯電路接地端）;引腳2（SD）是輸出關(guan) 閉控製端;引腳4（DT）是可調的死區時間輸入端。

　　其推薦典型工作參數如表1所列，動態傳(chuan) 輸延遲時間參數如表2所列。

　　
2 典型應用電路

　　圖2為(wei) IR21844的典型應用電路。Vcc接電源端，為(wei) 邏輯部件和功率器件供電;IN端接輸入控製信號，一般接PWM信號;輸出端HO和LO的波形分別與(yu) IN端輸入波形邏輯相同和相反，幅值有一定的放大（10～20 V），輸入/輸出時序圖如圖3所示;SD端接低電平時，H0和LO正常輸出，接高電平時，2個(ge) 輸出端被封鎖;DT為(wei) 死區時間調整端，因為(wei) 橋式電路同一橋路的上下管不能同時導通，否則會(hui) 造成管子短路，因此需要一個(ge) 死區時間。由於(yu) H0和LO 的輸出邏輯相反，所以從(cong) 邏輯上來說，不會(hui) 造成直通，但是在換向的瞬間仍有可能造成直通。可在DT端外接一個(ge) 電阻Rdt，通過調整該電阻的阻值就可以調節死區時間;同時，開通延時時間為(wei) 680 ns，大於(yu) 關(guan) 斷延時時間的270 ns，從(cong) 而避免橋路的直通，死區時間典型值為(wei) 5μs（如表2所列）。

　　圖2中，C2為(wei) 自舉(ju) 電容。在T2導通、T1關(guan) 斷期間，VCC經D1、C1、負載、T2給C1充電，以確保當T2關(guan) 斷、T1導通時，T1管的柵極靠Cl 上足夠的儲(chu) 能來驅動。這就是高端的自舉(ju) 供電。若負載阻抗較大，C2經負載降壓充電較慢，使得T2關(guan) 斷、T1導通，C2上的電壓仍充電不到自舉(ju) 電壓 8.3 V以上，那麽(me) 輸出驅動信號會(hui) 因欠壓被片內(nei) 邏輯封鎖，T1就無法正常工作。為(wei) 此，C2的選擇就顯得很重要，一般用1個(ge) 大電容和1個(ge) 小電容並聯使用，在頻率為(wei) 20 kHz左右的工作狀態下，選用1.0μF和0.1μF電容並聯。並聯高頻小電容用來吸收高頻毛刺幹擾電壓。驅動大容量的IGBT時，在工作頻率較低的情況下，要注意自舉(ju) 電容電壓穩定性問題，上管的驅動波形峰頂如果出現下降的現象，則要選取大的電容。

　　顯然每個(ge) 周期T1開關(guan) 一次，C2就通過T2開關(guan) 充電一次，因此自舉(ju) 電容C2的充電還與(yu) 輸入信號IN的PWM脈衝(chong) 頻率和脈衝(chong) 寬度有關(guan) 。當PWM工作頻率過低時，若T1導通脈寬較窄，自舉(ju) 電壓8.3 V容易滿足;反之，無法實現自舉(ju) 。因此，要合理設置PWM開關(guan) 頻率和占空比調節範圍，C2的容量選擇考慮如下幾點：

　　①PWM開關(guan) 頻率高，C2應選小電容。

　　②盡量使自舉(ju) 上電回路不經大阻抗負載，否則應為(wei) C2充電提供快速充電通路。

　　③對於(yu) 占空比調節較大的場合，特別是在高占空比時，T2導通時間較短，C2應選小電容。否則，在有限時間內(nei) 無法達到自舉(ju) 電壓。

　　④C2的選擇應綜合考慮PWM變化的各種情況，監測H（）、VS腳波形進行調試是最好的方法。

　　根據表1，VB高於(yu) VS電壓的最大值為(wei) 20 V，為(wei) 了避免VB過電壓損壞IR21844，電路中增加了穩壓二極管D1。電路中D2的功能是防止T1導通時高電壓串入VCC端損壞該芯片，因此其耐壓值必須高於(yu) 總線峰值電壓，故采用功耗小的快恢複二極管。與(yu) VCC端相連的電容C3是去耦電容，用於(yu) 補償(chang) 電源線的電感。

3 場效應管驅動電路的改進

　　如圖2所示，典型應用電路是由IR21844驅動2個(ge) N溝道MOSFET管或IGBT組成的半橋驅動電路。固定的柵極參考輸出通道（L0）用於(yu) 下端連接的功率場效應管T2，浮動的柵極輸出通道（HO）用於(yu) 上端連接的功率場效應管T1。

　　以驅動N溝道MOSFET管為(wei) 例來介紹。功率MOS—FET是電壓型驅動器件，沒有少數載流子的存儲(chu) 效應，輸入阻抗高，因而開關(guan) 速度可以很高，驅動功率小，電路簡單。但功率MOSFET的極間電容較大，其等效電路如圖4所示。

　　輸入電容Ciss、輸出電容Coss和反饋電容Crss與(yu) 極間電容的關(guan) 係可表示為(wei) ：

　　IR21844不能產(chan) 生負偏壓，如果用於(yu) 驅動橋式電路，由於(yu) 極間電容的存在，在開通和關(guan) 斷時刻，柵漏極間的電容CGD有充放電電流，容易在柵極上產(chan) 生幹擾。針對這一不足，可以在柵極限流電阻（R1和R2）上分別反並聯一個(ge) 二極管（D3和D4）來解決(jue) ，該二極管可以加快極間電容上的電荷的放電速度。

　　功率器件的柵源極的驅動電壓一般為(wei) CM（）S電平（5～20 V），因此要在柵極增加保護電路。電路中穩壓二極管D5、D6限製了所加柵極電壓，電阻R1、R2進行分壓，同時也降低了柵極電壓。#p#分頁標題#e#

　　功率器件T1、T2在開關(guan) 過程中會(hui) 產(chan) 生浪湧電壓，這些浪湧電壓會(hui) 損壞元件，所以電路中采用穩壓二極管D5、D6鉗位浪湧電壓。

4 擴展與(yu) 總結

　　以上介紹的是IR21844用於(yu) 驅動單相電路時的用法和注意事項，同樣，該芯片完全可以用於(yu) 驅動兩(liang) 相、三相或者多相電路。可將該電路進行複製，當然一些參數的確定還需要按照本文的分析和具體(ti) 的實際情況而定。

　　由於(yu) 該芯片隻有一路輸入，兩(liang) 路互補輸出，非常適合用於(yu) 驅動橋式電路;並且它的死區時間可以靈活調節，輸出鎖定端可以靈活用於(yu) 電流的閉環控製，給控製的沒計帶來了很大的方便，因此在中小型功率領域應用比較廣泛。