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IR2111和IR2130在PWM直流伺服系统中的应用

(2011-08-25 21:34:34)
标签:

通道

直流伺服系统

可控硅

功率

引脚

杂谈

分类: 单元电路

摘 要:
介绍了IR2111和IR2130功率MOSFET/IGBT驱动器的特点,分析了以IR2111和IR2130作为功率元件驱动器的PWM直流伺服系统主电路的工作原理。 

引言

   功率元件驱动电路的特性在PWM直流伺服系统中占有很重要的地位,在FTCM直流伺系统中,H桥型主电路有四个功率开关器件(功率MOSFET或IGBT),若每个开关器件都用一单独的驱动电路驱动,则需四个驱动电路,至少要配备三个相互独立的直流电源为其供电,这使得系统硬件结构复杂,可靠性下降。

    IR2111和IR2130是功率MOSFET和IGBT专用栅极驱动集成电路,独有的HVIC(H 一voltage integrated circuit)技术使得它可用来驱动工作在母线电压高达600V的电路中的功率MOS器件。采用两片m 2111或一片IR2130。可完成四个功率元件的驱动任务,其内部采用白举技术,使得功率元件的驱动电路仅需一个输人级直流电源;可实现对功率MOSFET和IGBT的最优驱动,还具有完善的保护功能。它们的应用可提高系统的集成度和可靠性,并可大大缩小线路板的尺寸。

IR2111在PWM直流伺服系统中的应用

    IR2111是半桥驱动器(Half—Bride Driver),它可同时输出两个驱动逆变桥中高压侧和低压侧的通道信号。以两片1B2111作为H桥形PWM主电路功率元件驱动器的电路原理图如图1所示。IR 2111的输入信号IN1和IN2来自伺服系统的控制电路,它们分别送到IR2111的2脚(IN端);管脚4(LO)、3(COM)和管脚7(HO)、6(V )分别输出低压侧和高压侧MOS器件的驱动信号,其输入输出逻辑关系示意如图2。逻辑输入信号与CMOS电平兼容,输出栅极驱动电压的范围为10~20V。开关时间的典型值为ton=850ns。toff=150ns,死区时间Tdt的典型值为700 。死区时间是使同一桥臂上两MOS器件的驱动信号产生上升沿延时,以防止由于MOS器件关断延时造成的直臂导通现象。vcc(1脚)为芯片的工作电源,它为低压侧和逻辑固定电源,V (2脚)通过二极管D接vcc,为高压侧提供悬浮电源。两片IR2111 公用一个直流工作电源。


 
IR2130在PWM直流伺服系统中的应用
 
    IR2130是专用的三相桥驱动器,它带有三个独立的高压侧和低压侧输出通道,可输出六路驱动脉冲,只需一个直流工作电源,工作频率可达上百千赫兹。它可以应用于三相变频电源、交流调速、不间断电源(UPS)等系统中,在此取其中的四路驱动脉冲应用于PWM直流伺服系统中,图3画出了相应的驱动电路和主电路。
 
    引脚2、3、4(HINI、HIN2、HIN3)为三个高压侧功率管对应的驱动器输入信号端;引脚5、6、7(LINI、LIN2、LIN3)为三个低压倒功率管对应的驱动器输入信号端。在本系统中用了其中的4路信号。这些输入信号来自伺服系统的控制电路。引脚19(H03)和18(V )引脚23(H02)和2(v )、引脚27(H01)和26(vs )为高压侧三个功率M0S器件栅极驱动信号输出端,应用HO1、H02、H03分别接功率MOS器件的栅极,V ,分别接相应的源极(或发射极)。内部高压侧三个驱动器的悬浮电源由引脚2o(v )、24(v )、28(v )提供,连接方法见图3。引脚I4、15、16(L03、L02、LO1)为低压倒三个MOS功率器件的栅极驱动信号输出端,应用中分别接功率MOS器件的栅极,引脚l3(v )同时接低压侧三个功率MOS器件的源极(或发射极),逻辑输入信号与CMOS电乎兼容,输出栅极驱动电压的范围为10—20V。所有输出都具有反相逻辑,死区相间(Tdt)典型值为2.5us,IR2130输入输出关系如图4所示。与IR2111不同,IR2130提供了更为完善的保护功能。
  

    (1)过流保护。电流检测元件DWI、R1送出的信号接至过流检测输入端Im 9脚),当外电路发生过流或直通,I ,端电压高于0.5v时,IR2130内部保护电路使其输出驱动信号全为低电乎,从而使被驱动的M0S器件全部截止,保同护时了功率管,同时IR2130的FAULT(引脚8变为低电平,该信号接发光二极管进行故障报警,也可将其引入前一极控制电路封锁脉冲形成环节的输出。

    (2)欠压保护。若IR2130的工作电源欠电压,与过流保护相似,内部的欠压保护电路使其输出驱动信号全为低电乎,同时从FAULT端输出故障信号。

    (3)逻辑封锁。当前一级控制电路的脉冲发生逻辑错误时,IR2130接受到功率元件同一桥臂高压倒和低压侧两功率器件的驱动信号全为高电平时,内部保护功能的老串调设备控制线路进行适度改造,增加自控点及监剥口,使设备满足了水厂自动化改造的要求,同时提供了计算机监控功能,使串调装置的安全可靠性大为提高,为整个车间实现无人值守创造了条件,几年来运行情况良好。

国产可控硅串级调速装置应用维护经验

    可控硅串级词速装置相对于变频装置,由于设备数量多,维护工作量大,强电方面不仅有绕线式电机维护,还有启动设备。整流单元、逆变单元、复杂的继电回路及逆变变压器。但弱电方面技术含量低于变频,维护相对简单。所以串调运行维护主要应做好以下几点工作。

    (1)串调装置中强电设备较多,继电回路相对复杂,继电回路元器件质量及安装相当重要。要选用质量较好的元器件,如继电器,接触器、连接端子替,并在使用中经常注意维护,使其保持较好状态。

    (2)厂家一般提供5o% 一95%n。以上调速范围的串调装置,但使用中建议,在60% 一9o%n。的速度范围内运行,在相对窄些的范围内运行.串调装置故障较少,否则容易出现装置由调速状态误动作而退人全速运行状态的情况,给实际运行带来不便。其原因主要是在速度过低时,串调直流回路电流较小,可控硅易出现打不开的情况,引起保护运作;或在速度过高时,直流回路电流较大,负载波动时.故障检测单元容易误判为过流故障。

    (3)由于可控硅回路特性(特别是逆变回路)某一个可控硅故障时,要求系统保护必须在毫秒级时间内立即动作,否则易引起其他可控硅的连串故障,所以故障检测回路十分灵敏,特别在调速状态且转速较高时,系统受干扰往往会引起直流电流波动。所以当电机由调速转入全速或同一供电电源连接的其他大功率机、电容器组投切时,最好先把电机转速适当调低,等于扰过后再调回正常,则可减少串调装置的故障误检测,引起不必要的状态切换。

    (4)可控硅装置在使用过程中.发热严重,应注意通风散热,否则易引起电子元件老化或可控硅烧毁。

    (5)串调系统使用绕线式电机,加强电机的维护也是串调系统正常运行的重要一环,定期清理电机滑环碳粉、定期检查、及时更换磨损量超过标准的碳刷等维护工作.均应引起足够重视。

    (6)串调系统的最大不足在于,串调投入后,一般会引起系统功率因数的较大降低,所以在使用串调时,应经常检查系统功率因数,注意适时投切补偿电容器组。

小结
    目前,国产串级调速装置,存在设备复杂、维护量较大的缺点,但其相对于性能较好的进口变频装置,价格适中.技术成熟,维护技术要求低.在资金紧张或利用现有绕线式电机进行调速改造的情况下。仍不失为尚佳的调速方案。

 

IR2111和IR2130在PWM直流伺服系统中的应用

IR2111和IR2130在PWM直流伺服系统中的应用

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