ir2103是一款半桥驱动集成芯片,该芯片内部集成了互相独立的控制驱动输出电路,可直接驱动两个中功率半导体器件如mosfet或igbt,动态响应快,驱动能力强,工作频率高,且具有多种保护功能。ir2103配备有大脉冲电流缓冲级,可将交叉传导减至最低;同时采用具有下拉功能的施密特触发式输入设计,可有效隔绝噪音,以防止器件意外开通。
ir2103芯片内电路框图如上图所示,引脚功能如下:
1脚vcc:逻辑电源与低端电源电压;
2脚hin:高端逻辑输入;
3脚lin:低端逻辑输入;
4脚com:低端电源接地;
5脚lo:低端驱动输出电压;
6脚vs:高端浮偏电源参考电压;
7脚ho:高端驱动输出电压;
8脚vb:高端浮置电源电压。
ir2103的典型接线如上图所示,图中vcc为10~25v功率管门极驱动电源,可用ttl或cmos逻辑信号作为输入,因此vcc可用一个典型值为+15v的电源。c2为自举电容,当vt1关断、vt2开通时,vcc经vd、c2、负载、vt2给c2充电,以确保vt2关断、vt1开通时,vt1管的栅极靠c2上足够的储能来驱动,从而实现自举式驱动。若负载阻抗较大,c2经负载降压充电较慢,使得当vt2关断、vt1开通时c2上的电压仍不能充电至自举电压8.2v以上时,输出驱动信号会因欠压被片内逻辑封锁,vt1就无法正常工作。每个周期vt2开关一次,c2就通过开关vt2充电一次。因此,c2的容量选择应考虑如下几点:
(1)c2应为高稳定、低串联电感、高频率特性的优质电容,容量为0.1~10μf;(2)尽量使自举上电回路不经大阻抗负载,否则应为c2充电提供快速充电通路:
(3)pwm开关频率较高时,c2应选小。
当pwm工作频率较低时,若占空比较高,则vt1开通时间较长,vt2开通时间较短,因此c2应选小;若占空比较低,vt1导通脉宽较窄,则vt2导通脉宽较宽,自举电压容易满足。否则,在有限时间内无法达到自举电压,从而造成欠压保护电路工作。因此,c2的选择应综合考虑pwm变化的各种情况,最好在调试时监测ho、vs脚的波形。
ir2103工作原理非常简单,在满足自举的情况下,当ir2103的2脚hin高端逻辑输入为高电平时,7脚ho高端驱动输出电压端输出高电平,使上桥管vt1导通。当ir2103的3脚lin低端逻辑输入为高电平时,5脚lo低端驱动输出电压端输出高电平,使下桥管vt2导通。由于有死区时间控制,5脚lo低端驱动输出电压和7脚ho高端驱动输出电压不会同时出现高电平的,也就是说,上下桥管vt1、vt2不会同时导通的,即不会发生直通现象。
ir2103的2、3脚是受单片机控制的。在电动自行车的无刷电机控制电路中,就是利用单片机去控制三个ir2103,对于由六个功率元件构成的三相桥式逆变器来说,采用三片ir2103驱动三个桥臂是中小型功率变换的理想选择。此类逆变电路中的主电路可将直流电压(+vcc)逆变为三相交流输出电压u、v、w,送给无刷电机。由于三相逆变器每个周期总有一个上下管导通,故上管自举电容容易充电,三个上管自举电路可有序工作。但若ir2103使用不当,尤其是自举电容选择不好,易导致芯片损坏或不能正常工作。
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