$G3525控制的开环可逆直流脉宽调制调速系统案例分析 摘要：介绍了SG3525控制的开环可逆直流脉宽调制调速系统案例情况，给出了案例研 究的思维导图，从PWM波形的产生电路、逻辑延时及保护电路、强弱电隔离、驱动电路和 PWM主电路5个方面分析了系统中各单元电路的工作原理，同时介绍了电路中主要使用的 SG3525和IR2110的特点与使用事项。 0案例研究思维导图： 1案例说明 2.1PWM波形的产生电路 22逻辑延时及保护电路 2系统中各单元电路的 工作原理 2.3强、弱电隔离 24驱动电路 2.5PWM主电路 SG3525控制的 1)sG3525引脚说明 开环可逆直流脉宽 调制调速系统案例 3.1SG3525芯片介绍 (2)SC3525特点 3电路中主要芯片 (3)SC3525的工作原理 功能的介绍 (1)主要设计特点和性能 (2)封装、引脚、功能及用法 3.2R2110芯片介绍 (3)工作原理简介 (4)应用注意事项R2110 1案例说明 在中小容量的直流传动系统中，采用自关断器件的PWM调速系统比相控系统具有更多 的优越性，因而得到日益广泛的应用。但是脉宽调制器的设计是一个关键的问题。 美国硅通用公司设计了第二代锯齿波PWM调制器专用集成电路SG3525,该器件性能优 良，功能齐全，简单、可靠。使用方便、灵活，上海顶邦公司研制的电力电子技术与自动控 制系统实验实训装置就采用了该芯片作为可逆直流脉宽调制(PWM)调速系统的控制芯片， SG3525控制的开环可逆直流脉宽调制(PWM)调速系统的组成框图如图1所示
SG3525 控制的开环可逆直流脉宽调制调速系统案例分析 摘要：介绍了 SG3525 控制的开环可逆直流脉宽调制调速系统案例情况，给出了案例研 究的思维导图，从 PWM 波形的产生电路、逻辑延时及保护电路、强弱电隔离、驱动电路和 PWM 主电路 5 个方面分析了系统中各单元电路的工作原理，同时介绍了电路中主要使用的 SG3525 和 IR2110 的特点与使用事项。 0 案例研究思维导图： 1 案例说明 在中小容量的直流传动系统中，采用自关断器件的 PWM 调速系统比相控系统具有更多 的优越性，因而得到日益广泛的应用。但是脉宽调制器的设计是一个关键的问题。 美国硅通用公司设计了第二代锯齿波 PWM 调制器专用集成电路 SG3525，该器件性能优 良，功能齐全，简单、可靠。使用方便、灵活，上海顶邦公司研制的电力电子技术与自动控 制系统实验实训装置就采用了该芯片作为可逆直流脉宽调制（PWM）调速系统的控制芯片， SG3525 控制的开环可逆直流脉宽调制（PWM）调速系统的组成框图如图 1 所示
围翻圆圆图 -VCC 图1开环可逆直流脉宽调制(PWM)调速系统的组成框图 G3525控制的开环可逆直流脉宽调速系统的实际接线图包括PWM控制电路与PWM驱 动及主电路两部分，如图2和图3所示，分别对应PWM控制电路及PWM主电路两块电路 板，下面对这一电路进行分析。 2系统中各单元电路的工作原理 2.1PWM波形的产生电路 在PWM控制电路中，PWM波形是由SC3525电路产生的。调试时可在SC3525的5脚 观察芯片产生的锯齿波，改变RT、C的值可改变锯齿波的频率，人一般可选在8-1Okz。 转速给定电压U是通过⑤端经R5加入到SG3525的9脚，当Um=0时，调整电位器RP1使 SG3525输出的PWM波的占空比为50%（观察SC3525的13脚），这样，送入双极性的H桥 电路后，电动机电枢的平均电压即为零。若改变U的极性和大小，SG3525的PWM输出的 占空比就会在大于50%（相当于电动机电枢电压U:>0)或小于50%（相当于电动机电枢电 压U<0)之间变化了。 22逻辑延时及保护电路 在PWM控制电路中，由反相器U2(4049)及二极管VD1、VD2,电阻R1、R2,电容 C1、C2组成了典型的逻辑延时电路，以使H桥电路上、下两个功率管交替导通时可产生个“死 区时间”，防止上、下两管出现“直通”短路现象，它也被称为“先断后通”。“死区时间”的 大小可通过改变R1(R2)、C1(C2)的大小来改变，一般可取4~5us。从U4的两个输出6脚 及9脚可观察“死区时间”。 2.3强、弱电隔离 在PWM主电路板中，采用了快速光耦合器6N137(或6N136)作强、弱电之间的隔离， 以提高可靠性。 2.4驱动电路 IGBT的驱动采用了R公司的R210集成驱动电路。这一集成电路可同时输出两个极性 相反的驱动信号给逆变桥中的上、下两个功率管。这样，两个桥臂若采用常规电路需要3独 立电源，而采用R2110只需一组电源即可，大大简化了电路。 控制电路的信号末送入时，4个光耦合器6N137的输出均为高电平，经反相器4049送入 R2I10的输入端，HN、LN均为低电平，R21I0的输出HO、LO也均为低电平，保证了无
图 1 开环可逆直流脉宽调制（PWM）调速系统的组成框图 G3525 控制的开环可逆直流脉宽调速系统的实际接线图包括 PWM 控制电路与 PWM 驱 动及主电路两部分，如图 2 和图 3 所示，分别对应 PWM 控制电路及 PWM 主电路两块电路 板，下面对这一电路进行分析。 2 系统中各单元电路的工作原理 2.1 PWM 波形的产生电路 在 PWM 控制电路中，PWM 波形是由 SC3525 电路产生的。调试时可在 SC3525 的 5 脚 观察芯片产生的锯齿波，改变 RT、CT的值可改变锯齿波的频率 fs，fs一般可选在 8-10kHz。 转速给定电压Ugn 是通过⑤端经 R5加入到 SG3525 的 9 脚，当Ugn =0时，调整电位器 RP1使 SG3525 输出的 PWM 波的占空比为 50%（观察 SC3525 的 13 脚），这样，送入双极性的 H 桥 电路后，电动机电枢的平均电压即为零。若改变Ugn 的极性和大小，SG3525 的 PWM 输出的 占空比就会在大于 50%（相当于电动机电枢电压 d U > 0）或小于 50%（相当于电动机电枢电 压 d U < 0 ）之间变化了。 2.2 逻辑延时及保护电路 在 PWM 控制电路中，由反相器 U2（4049）及二极管 VD1、VD2，电阻 R1、R2，电容 C1、C2组成了典型的逻辑延时电路，以使 H 桥电路上、下两个功率管交替导通时可产生个“死 区时间”，防止上、下两管出现“直通”短路现象，它也被称为“先断后通”。“死区时间”的 大小可通过改变 R1（R2）、C1（C2）的大小来改变，一般可取4~5μs 。从 U4的两个输出 6 脚 及 9 脚可观察“死区时间”。 2.3 强、弱电隔离 在 PWM 主电路板中，采用了快速光耦合器 6N137（或 6N136）作强、弱电之间的隔离， 以提高可靠性。 2.4 驱动电路 IGBT 的驱动采用了 IR 公司的 IR210 集成驱动电路。这一集成电路可同时输出两个极性 相反的驱动信号给逆变桥中的上、下两个功率管。这样，两个桥臂若采用常规电路需要 3 独 立电源，而采用 IR2110 只需一组电源即可，大大简化了电路。 控制电路的信号末送入时，4 个光耦合器 6N137 的输出均为高电平，经反相器 4049 送入 IR2110 的输入端，HIN、LIN 均为低电平，IR2110 的输出 HO、LO 也均为低电平，保证了无
图 2 PWM 控制电路
o
图 3 PWM 主电路
信号输出时，PWM变换器中桥臂的上、下两个IGBT是处于关断状态 2.5PWM主电路 VT1~VT4四个IGBT管，VD1VD4四个快速恢复二极管组成了一典型的H桥电路，由于 I1GBT是电压控制器件，输入阻抗高，为防止静电感应损坏管子，在IGBT的门极与发射极之 间并联一个150k2的电阻。门极回路串联的222电阻是为了防止门极回路产生振荡。 3电路中主要芯片功能的介绍 3.1SG3525芯片介绍 SC3525是美国硅通用公司设计的第二代锯齿波PWM调制器专用集成电路，其内部结构 框图如图4所示。它的出现为脉宽调制传动系统的设计提供了方便，而且提高了系统的可靠 性。下面对SC3525锯齿波PWM调制器的内部结构及其引脚功能进行介绍。 、电 引内部电路 发怎 D 图4SC3525内部结构框图 (1)SG3525引脚说明 1脚为误差放大器的反相输入端，在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中 该端与补偿信号输入端(9脚)相连，可构成跟随器。 2脚为误差放大器的同相输入端，在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需 要，在该端与补偿信号输入端(9脚)之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例 积分和积分等类型的调节器。 3脚为振荡器外接同步信号输入端，该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步，同 步脉冲的频率应比振荡器频率∫，要低一些。 4脚为振荡器输出端。 5脚为振荡器外接定时电容CT端(CT另一端接地)，振荡器频率∫=VC,(0.7R,+3R)
信号输出时，PWM 变换器中桥臂的上、下两个 IGBT 是处于关断状态。 2.5 PWM 主电路 VT1~VT4四个 IGBT 管，VD1-VD4 四个快速恢复二极管组成了一典型的 H 桥电路，由于 IGBT 是电压控制器件，输入阻抗高，为防止静电感应损坏管子，在 IGBT 的门极与发射极之 间并联一个150kΩ 的电阻。门极回路串联的22Ω电阻是为了防止门极回路产生振荡。 3 电路中主要芯片功能的介绍 3.1 SG3525 芯片介绍 SC3525 是美国硅通用公司设计的第二代锯齿波 PWM 调制器专用集成电路，其内部结构 框图如图 4 所示。它的出现为脉宽调制传动系统的设计提供了方便，而且提高了系统的可靠 性。下面对 SC3525 锯齿波 PWM 调制器的内部结构及其引脚功能进行介绍。 图 4 SC3525 内部结构框图 （1） SG3525 引脚说明 1 脚为误差放大器的反相输入端，在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中， 该端与补偿信号输入端（9 脚）相连，可构成跟随器。 2 脚为误差放大器的同相输入端，在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需 要，在该端与补偿信号输入端（9 脚）之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例 积分和积分等类型的调节器。 3 脚为振荡器外接同步信号输入端，该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步，同 步脉冲的频率应比振荡器频率 fs要低一些。 4 脚为振荡器输出端。 5 脚为振荡器外接定时电容 CT端（CT 另一端接地），振荡器频率 1 (0.7 3 ) s T TD f C RR = +
R。为5脚与7脚之间跨接的放电电阻（也称死区电阻），用来调节死区时间，定时电容范围 为0.0010.1uF 6脚为振荡器外接定时电阻R,端(R另一端接地)，R值为2~150kQ。 7脚为振荡器放电端，该端与引脚5之间接一只放电电阻。构成放电回路，来调节死区 时间，放电电阻范围为0~5002 8脚为软起动端，外接软起动电容，该电容由内部U的50μA恒流源充电。 9脚为误差放大器的输出端（也为PWM比较器补偿信号输入端）：在该端与引脚2之间 接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。 10脚为PWM信号封锁端，当该脚为高电平时，输出驱动脉冲信号被封锁，该脚主要用 于故障保护。 11脚为A路驱动信号输出，引脚11和引脚14是两路互补输出端。 12脚为信号地。 13脚为输出级偏置电压接入端。 14脚为B路驱动信号输出。 15脚为偏胃申源接入瑞。 16脚为基准电源输出端。该端可输出一温度稳定性极好的基准电压。 (2)SC3525特点 1)工作电压范围宽：8-35V 2)内置5.1V(±1.0%)微调基准电源。 3)振荡器工作频率范围宽：100Hz~400kHz。 4)具有振荡器外部同步功能。 5)死区时间可调。 6)内置软起动电路。 7)具有输入欠电压锁定功能。 8)具有PWM锁存功能，禁止多脉冲。 9)逐个脉冲关断。 10)双路输出（灌电流/拉电流）。 (3)SC3525的工作原理 SG3525内置了5.1V精密基准电源，微调至1.0%，在误差放大器共模输入电压范围内 无须外接分压电组。SC3525还增加了同步功能，可以工作在主从模式，也可以与外部系统时 钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。在C一引脚和7脚之间加入一个电阻就可以实现对 死区时间的调节功能。由于SC3525内部集成了软起动电路，因此只需要一个外接定时电容。 SC3525的软起动接入端(8脚)上通常接一个软起动电容。上电过程中，由于电容两端 的电压不能突变，因此与软起动电容接入端相连的PWM比较器反相输入端处于低电平，PWM 比较器输出高电平。此时，PWM锁存器的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输
RD 为 5 脚与 7 脚之间跨接的放电电阻（也称死区电阻），用来调节死区时间，定时电容范围 为0.001~0.1μF。 6 脚为振荡器外接定时电阻 RT 端（ RT 另一端接地）， RT 值为2~150kΩ。 7 脚为振荡器放电端，该端与引脚 5 之间接一只放电电阻 RD 构成放电回路，来调节死区 时间，放电电阻范围为0~500Ω 。 8 脚为软起动端，外接软起动电容，该电容由内部Uref 的50μA 恒流源充电。 9 脚为误差放大器的输出端（也为 PWM 比较器补偿信号输入端）；在该端与引脚 2 之间 接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。 10 脚为 PWM 信号封锁端，当该脚为高电平时，输出驱动脉冲信号被封锁，该脚主要用 于故障保护。 11 脚为 A 路驱动信号输出，引脚 11 和引脚 14 是两路互补输出端。 12 脚为信号地。 13 脚为输出级偏置电压接入端。 14 脚为 B 路驱动信号输出。 15 脚为偏置电源接入端。 16 脚为基准电源输出端。该端可输出一温度稳定性极好的基准电压。 （2） SC3525 特点 1） 工作电压范围宽：8 ~35V。 2） 内置 5.1V（±1. 0%）微调基准电源。 3） 振荡器工作频率范围宽：100Hz ~400kHz。 4） 具有振荡器外部同步功能。 5） 死区时间可调。 6） 内置软起动电路。 7） 具有输入欠电压锁定功能。 8） 具有 PWM 锁存功能，禁止多脉冲。 9） 逐个脉冲关断。 10） 双路输出（灌电流/拉电流）。 （3） SC3525 的工作原理 SG3525 内置了 5. 1V 精密基准电源，微调至 1.0%，在误差放大器共模输入电压范围内， 无须外接分压电组。SC3525 还增加了同步功能，可以工作在主从模式，也可以与外部系统时 钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。在 CT引脚和 7 脚之间加入一个电阻就可以实现对 死区时间的调节功能。由于 SC3525 内部集成了软起动电路，因此只需要一个外接定时电容。 SC3525 的软起动接入端（8 脚）上通常接一个软起动电容。上电过程中，由于电容两端 的电压不能突变，因此与软起动电容接入端相连的 PWM 比较器反相输入端处于低电平，PWM 比较器输出高电平。此时，PWM 锁存器的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输
出晶体管上，使之无法导通。只有软起动电容充电至其上的电压使8脚处于高电平时，SG3525 才开始工作。由于实际中，基准电压通常是接在误差放大器的同相输入端上，而输出电压的 采样电压则加在误差放大器的反相输入端上。当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而 升高时，误差放大器的输出将减小，这将导致PWM比较器输出为正的时间变长，PWM锁存 器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将最终变短，从而使输出电压回落 到额定值，实现了稳态。反之亦然。 外接关断信号对输出级和软起动电路都起作用。当10脚上的信号为高电平时，PWM锁 存器将立即动作，禁止SG3525的输出，同时，软起动电容将开始放电。如果该高电平持续， 软起动电容将充分放电，直到关晰信号结束，才重新进入软起动过程。注意，10脚不能悬空 应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响SC3525的正常工作。 欠电压锁定功能同样作用于输出级和软起动电路。如果输入电压过低，在SC3525的输 出被关断的同时，软起动电容将开始放电。 此外，SC3525还具有以下功能，即无论因为什么原因造成PWM脉冲中止，输出都将被 中止，直到下一个时钟信号到来，WM锁存器才被复位。 SC3525锯齿波集成PWM调制器的工作性能好，外部元器件用量少，适用于PWM-M直 流调速系统及各种开关电源 3.2IR2110芯片介绍 IR21I0是美国国际整流器公司(International Rectifier Company)利用自身独有的高压集 成电路及无门锁CMOS技术于1990年前后开发并投放市场的大功率MOSFET和ICBT专用 驱动集成电路。目前，R公司己批量推出R21系列几十种功率MOS器件的驱动集成电路， 其技术处于世界先进行列。R2110使MOSFET和ICBT的驱动电路设计大为简化，加之它 可实现对MOSFET和ICBT的最优驱动，又具有快速完整的保护功能，因而它的应用可极大 地提高控制系统的可靠性并极大缩小印制电路板的尺寸。 (1)主要设计特点和性能 1)R2110的大特点是采用了自举技术，它的内部为自举操作设计了县浮电源。同 一集成电路可同时输出两个驱动信号给逆变桥中的上、下功率开关管。悬浮电源保证了R2110 直接可用于母线电压为-4~500V的系统中来驱动功率MOSFET或IGBT。同时器件本身容许 驱动信号的电压上升率达±50Vms,故保证了芯片自身有整形功能，实现了不论其输入信号 前后沿的陡度如何，都可保证加到被驱动的MOSFET或ICBT栅极上的驱动信号前后沿很陡， 因而可极大地减少被驱动功率器件的开关时间，降低开关损耗。 R2110的功耗很小，当其工作电压为15V时，功耗仅为1.6mW。这就减少了栅 极驱动电路的电源容量、体积和尺寸。 3)R110的合理设计，使其输入级电源与输出级电源可有不同的电压值，因而保证了 其输入与CMOS或TTL电平兼容，而输出具有较宽的驱动电压范围，允许的工作电压范围 为5~20V。同时，允许逻辑地与工作地之间有-5~5V的电位差
出晶体管上，使之无法导通。只有软起动电容充电至其上的电压使 8 脚处于高电平时，SG3525 才开始工作。由于实际中，基准电压通常是接在误差放大器的同相输入端上，而输出电压的 采样电压则加在误差放大器的反相输入端上。当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而 升高时，误差放大器的输出将减小，这将导致 PWM 比较器输出为正的时间变长，PWM 锁存 器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将最终变短，从而使输出电压回落 到额定值，实现了稳态。反之亦然。 外接关断信号对输出级和软起动电路都起作用。当 10 脚上的信号为高电平时，PWM 锁 存器将立即动作，禁止 SG3525 的输出，同时，软起动电容将开始放电。如果该高电平持续， 软起动电容将充分放电，直到关晰信号结束，才重新进入软起动过程。注意，10 脚不能悬空， 应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响 SC3525 的正常工作。 欠电压锁定功能同样作用于输出级和软起动电路。如果输入电压过低，在 SC3525 的输 出被关断的同时，软起动电容将开始放电。 此外，SC3525 还具有以下功能，即无论因为什么原因造成 PWM 脉冲中止，输出都将被 中止，直到下一个时钟信号到来，PWM 锁存器才被复位。 SC3525 锯齿波集成 PWM 调制器的工作性能好，外部元器件用量少，适用于 PWM-M 直 流调速系统及各种开关电源。 3.2 IR2110 芯片介绍 IR2110 是美国国际整流器公司（International Rectifier Company）利用自身独有的高压集 成电路及无闩锁 CMOS 技术于 1990 年前后开发并投放市场的大功率 MOSFET 和 ICBT 专用 驱动集成电路。目前，IR 公司已批量推出 IR21 系列几十种功率 MOS 器件的驱动集成电路， 其技术处于世界先进行列。IR2110 使 MOSFET 和 ICBT 的驱动电路设计大为简化，加之它 可实现对 MOSFET 和 ICBT 的最优驱动，又具有快速完整的保护功能，因而它的应用可极大 地提高控制系统的可靠性并极大缩小印制电路板的尺寸。 （1） 主要设计特点和性能 1） IR2110 的一大特点是采用了自举技术，它的内部为自举操作设计了悬浮电源。同 一集成电路可同时输出两个驱动信号给逆变桥中的上、下功率开关管。悬浮电源保证了 IR2110 直接可用于母线电压为-4 ~500 V 的系统中来驱动功率 MOSFET 或 IGBT。同时器件本身容许 驱动信号的电压上升率达±50V/ms，故保证了芯片自身有整形功能，实现了不论其输入信号 前后沿的陡度如何，都可保证加到被驱动的 MOSFET 或 ICBT 栅极上的驱动信号前后沿很陡， 因而可极大地减少被驱动功率器件的开关时间，降低开关损耗。 2） IR2110 的功耗很小，当其工作电压为 15 V 时，功耗仅为 1. 6mW。这就减少了栅 极驱动电路的电源容量、体积和尺寸。 3） IR110 的合理设计，使其输入级电源与输出级电源可有不同的电压值，因而保证了 其输入与 CMOS 或 TTL 电平兼容，而输出具有较宽的驱动电压范围，允许的工作电压范围 为 5 ~ 20V。同时，允许逻辑地与工作地之间有-5~5V 的电位差
4)在R2110内部不但集成有独立的逻辑电源与逻辑信号相连接来实现与用户脉冲形成 部分的匹配。而且还集成有滞后和下拉特性的施密特触发器的输入级，及对每个都有上升或 下降沿触发的关断逻辑和两个通道上的延时及欠电压封锁单元，这就保证了当驱动电压不足 时封锁驱动信号，防止被驱动功率MOSFET退出饱和区进入放大区而损坏。 5)R2110完善的设计，使它可对输入的两个通道信号之间产生合适的延时（即“死 区时间”，但较小)，因而防止了被驱动逆变桥中的两个功率MOS器件切换时同时导通。 6)由于R2110是应用无门锁CMOS技术制造的，因而决定了其输入输出可承受大于 2A的反向电流。它的工作频率高，对信号延时小。对两个通道来说，典型开通延时为120s, 关断延时为94ns,两个通道之间的延时误差不超过士10ns,因而R2110可用来实现工作频率 大于1MHz的门极驱动。 (2)封装、引脚、功能及用法 R2110的引脚排列如图5所示，共有双列直插14个引脚 14 LO 13 LIN 12 NC 图5R2110的引脚排列 10脚(HN)及12脚(LN)分别为驱动逆变桥中同桥臂上、下两个功率MOS器件 的驱动信号输.入端，应用时接用户脉冲形成部分的两路输出范围为Uss(-0.5V)~UDD (+0.5V),这里Usg和Upp分别为13脚(Uss)及9脚(Up)电压值。 11脚(SD)为保护信号输入端。当该脚为高电平时，R2110的输出被封锁，输出端 H0(7脚)、L0(1脚)恒为低电平。而当该脚为低电平时，输出跟随输入端变化。应用 时接用户故障（过电压、过电流）保护电路。 6脚(Un)及3脚(Ucc)分别为上下通道互锁输出级电源输入端。应用时接用户提供的 输出级电源正极，且通过一个较高品质的电容接2脚。3脚还通过一高反压快速恢复二极管 与6脚相连。 (3)工作原理简介 R2110的原理框图如图6所示。从图6可见R2110的两个输出通道的控制脉中通过逻 辑电路与输入信号相对应，当保护信号输入端为低电平时，同相输出的施密特触发器SM输 出为低电平，两个RS触发器的位置信号无效，则两或非门的输出跟随HN及LN变化，控 制信号无效，而当SD端输入高电平时，因SM端输出为高电平，两个RS触发器置位，两或 非门的输出恒为低电平，控制信号无效，此时即使SD变为低电平，但由于RS触发器由Q
4） 在 IR2110 内部不但集成有独立的逻辑电源与逻辑信号相连接来实现与用户脉冲形成 部分的匹配。而且还集成有滞后和下拉特性的施密特触发器的输入级，及对每个都有上升或 下降沿触发的关断逻辑和两个通道上的延时及欠电压封锁单元，这就保证了当驱动电压不足 时封锁驱动信号，防止被驱动功率 MOSFET 退出饱和区进入放大区而损坏。 5） IR2110 完善的设计，使它可对输入的两个通道信号之间产生合适的延时（即“死 区时间”，但较小），因而防止了被驱动逆变桥中的两个功率 MOS 器件切换时同时导通。 6） 由于 IR2110 是应用无闩锁 CMOS 技术制造的，因而决定了其输入输出可承受大于 2A 的反向电流。它的工作频率高，对信号延时小。对两个通道来说，典型开通延时为 120ns， 关断延时为 94ns，两个通道之间的延时误差不超过±10ns，因而 IR2110 可用来实现工作频率 大于 1MHz 的门极驱动。 （2） 封装、引脚、功能及用法 IR2110 的引脚排列如图 5 所示，共有双列直插 14 个引脚。 图 5 IR2110 的引脚排列 10 脚（HIN） 及 12 脚（LIN）分别为驱动逆变桥中同桥臂上、下两个功率 MOS 器件 的驱动信号输.入端，应用时接用户脉冲形成部分的两路输出范围为 USS（-0.5V）~UDD （+0.5V），这里 Usg 和 Upp 分别为 13 脚（Uss）及 9 脚（Up）电压值。 11 脚（SD） 为保护信号输入端。当该脚为高电平时，IR2110 的输出被封锁，输出端 HO （7 脚）、LO （1 脚）恒为低电平。而当该脚为低电平时，输出跟随输入端变化。应用 时接用户故障（过电压、过电流）保护电路。 6 脚（Un）及 3 脚（Ucc）分别为上下通道互锁输出级电源输入端。应用时接用户提供的 输出级电源正极，且通过一个较高品质的电容接 2 脚。3 脚还通过一高反压快速恢复二极管 与 6 脚相连。 （3）工作原理简介 IR2110 的原理框图如图 6 所示。从图 6 可见 IR2110 的两个输出通道的控制脉冲通过逻 辑电路与输入信号相对应，当保护信号输入端为低电平时，同相输出的施密特触发器 SM 输 出为低电平，两个 RS 触发器的位置信号无效，则两或非门的输出跟随 HIN 及 LIN 变化，控 制信号无效，而当 SD 端输入高电平时，因 SM 端输出为高电平，两个 RS 触发器置位，两或 非门的输出恒为低电平，控制信号无效，此时即使 SD 变为低电平，但由于 RS 触发器由 Q
端维持高电平，所以两或非门的输出将保持低电平，直到两个施密特触发器SMH和SML输 出脉冲的上升沿到来，两个或非门才因RS触发器翻转为低电平而跟随HN及LN变化。由 于逻辑输入级中的施密特触发器具有0,1UD滞后带，因而整个扩建输入级具有良好的抗扰能 力，并可接收上升时间较长的输入信号。再则逻辑电路以其自身的逻辑电源为基准，这就决 定了逻辑电源可用于比输出工作电源低得多的电源电压。为了将逻辑信号电平转为输出驱动 信号电平，片内设两个抗扰性能好的UpD /Uss电平转换电路，该电路的逻辑地电位(Uss) 和功率地电位(COM之间容许有+5V的额定偏差，因此决定了逻辑电路不受由于输出驱动开 关动作而产生的耦合干扰的影响。集成与片内下通道的传输延时，简化了控制电路时间上的 要求。两个通道分别应用了两个相同的交替导通的推挽式连接的低阻MOS管，它们分别由 两个N沟道的MOSFET驱动，因而其输出的电流峰值可达2A以上。由于这种推挽式结构， 所以驱动容性负载时上升时间比下降时间长。对于上通道很窄的开通和关断脉冲由脉冲发生 器产生，并分别由HN的上升和下降沿触发，脉冲发生器产生的两路脉冲用以驱动两个高压 DMOS电平转换器，这两个电平转换器接着又对工作于悬浮电位的RS触发器进行置位或复 位，这便是以地电位为基准的HN信号的电平转换为悬浮电位的过程。由于每个高压DMOS 电平转换器仅在RS触发器置位或复位时开通一段很短的开关脉冲时间，因而使功耗达到最 小。再则，Us端快速dU/d瞬变产生的RS触发器误触发可通过一个鉴别电路与正常的下拉 脉冲有效区别开来。这样，上通道基本上可以承受任意幅值的dU值，并保证了上通道的 电平转换电路即使在Us的电压降到比COM端还低4V时仍能正常工作。对下通道，由于正 常时SD为低电平，Ucc不欠电压，所以施密特触发器SML的输出使下通道中的或非门输出 跟随LIN而变化，此变化的逻辑信号经下通道中UDo/Ucc电平转换器转换后加给延时网络， 由延时网络延时一定的时间后加到与非门电路，其同相和反相输出分别用来控制两个互补输 出级中的低阻场效应晶体管驱动级中的MOS管，当Ucc低于电路内部整定值时，下通道中 的欠电压检测环节输出，在封锁下通道输出的同时封锁上通道的脉冲产生环节，使整个芯片 的输出被封锁：而当欠电压时，则上通道中的欠电压检测环节输出仅封锁上通道的输出脉冲。 入 下道 图6R2110的原理框图
端维持高电平，所以两或非门的输出将保持低电平，直到两个施密特触发器 SMH 和 SML 输 出脉冲的上升沿到来，两个或非门才因 RS 触发器翻转为低电平而跟随 HIN 及 LIN 变化。由 于逻辑输入级中的施密特触发器具有 0.1UDD滞后带，因而整个扩建输入级具有良好的抗扰能 力，并可接收上升时间较长的输入信号。再则逻辑电路以其自身的逻辑电源为基准，这就决 定了逻辑电源可用于比输出工作电源低得多的电源电压。为了将逻辑信号电平转为输出驱动 信号电平，片内设两个抗扰性能好的 UDD /USS电平转换电路，该电路的逻辑地电位（USS） 和功率地电位(COM) 之间容许有+5V 的额定偏差，因此决定了逻辑电路不受由于输出驱动开 关动作而产生的耦合干扰的影响。集成与片内下通道的传输延时，简化了控制电路时间上的 要求。两个通道分别应用了两个相同的交替导通的推挽式连接的低阻 MOS 管，它们分别由 两个 N 沟道的 MOSFET 驱动，因而其输出的电流峰值可达 2A 以上。由于这种推挽式结构， 所以驱动容性负载时上升时间比下降时间长。对于上通道很窄的开通和关断脉冲由脉冲发生 器产生，并分别由 HIN 的上升和下降沿触发，脉冲发生器产生的两路脉冲用以驱动两个高压 DMOS 电平转换器，这两个电平转换器接着又对工作于悬浮电位的 RS 触发器进行置位或复 位，这便是以地电位为基准的 HIN 信号的电平转换为悬浮电位的过程。由于每个高压 DMOS 电平转换器仅在 RS 触发器置位或复位时开通一段很短的开关脉冲时间，因而使功耗达到最 小。再则，US端快速 dU/dt 瞬变产生的 RS 触发器误触发可通过一个鉴别电路与正常的下拉 脉冲有效区别开来。这样，上通道基本上可以承受任意幅值的 dU/dt 值，并保证了上通道的 电平转换电路即使在 Us 的电压降到比 COM 端还低 4V 时仍能正常工作。对下通道，由于正 常时 SD 为低电平，Ucc 不欠电压，所以施密特触发器 SML 的输出使下通道中的或非门输出 跟随 LIN 而变化，此变化的逻辑信号经下通道中 UDD/ Ucc 电平转换器转换后加给延时网络， 由延时网络延时一定的时间后加到与非门电路，其同相和反相输出分别用来控制两个互补输 出级中的低阻场效应晶体管驱动级中的 MOS 管，当 Ucc 低于电路内部整定值时，下通道中 的欠电压检测环节输出，在封锁下通道输出的同时封锁上通道的脉冲产生环节，使整个芯片 的输出被封锁;而当欠电压时，则上通道中的欠电压检测环节输出仅封锁上通道的输出脉冲。 图 6 IR2110 的原理框图
(④应用注意事项R2110 独特的结构决定了它通常可用于驱动单管斩波、单相半桥、三相全桥逆变器或其他电路 结构中的两个相串联或以其他方式连接的高压N沟道功率MOSFET或ICBT,其下通道的输 出直接用来驱动逆变器（或以其他方式连接）中的功率MOSFET或IGBT,而它的上通道输出 则用来服动需要高电位栅极取动的高压侧的功率MOS下ET或CBT,在它的应用中需注意下 述问题。 1)R2110应用典型连接如图7所示。通常它的输出级的工作电源是一悬浮电源，这是 通过一种自举技术由固定的电源得来的。充电二极管VD的耐压能力必须大于高压母线的峰 值电压，为了减小功耗，推荐采用一个快恢复的二极管。自举电容的值依赖于开关频率、占 空比和功率MOSFET或ICBT栅极的充电需要，应注意的是电容两端耐压不允许低于欠电压 封锁临界值，否则将产生保护性关断。对于5kHz以上的开关应用，通常采用0.1“F的电容 是合适的。 VT LODD 误差信号 图7IR2110应用典型连接 2)为了向需要开关的容性负载提供瞬态电流，应用中应在Ucc和COM之间、UDD和Uss 之间连接一个旁路电容。这两个电容及U和Us间的储能电容都要与器件就近连接。建议Ucc 与COM之间的旁路电容用一个0.1μF的陶瓷电容并联，而逻辑电源UDD上有一个0.1μF的 陶瓷电容就够了。 3)大电流的MOSFET或ICBT相对需要较大的栅极取动能力，1R2110的输出即可对 这些器件进行快速的驱动。为了尽量减小栅极驱动电路的电感，每个MOSFET应分别连接到 IR2110的2脚和5脚作为栅极驱动信号的反馈。对于较小功率的MOSFET或ICBT可在输出 处串一个栅极电阻，栅极电阻的值根据电磁兼容(EMD的需要、开关损耗及最大允许dut 值来决定
(4) 应用注意事项 IR2110 独特的结构决定了它通常可用于驱动单管斩波、单相半桥、三相全桥逆变器或其他电路 结构中的两个相串联或以其他方式连接的高压 N 沟道功率 MOSFET 或 ICBT，其下通道的输 出直接用来驱动逆变器(或以其他方式连接)中的功率 MOSFET 或 IGBT，而它的上通道输出 则用来驱动需要高电位栅极驱动的高压侧的功率 MOSFET 或 ICBT，在它的应用中需注意下 述问题。 1) IR2110 应用典型连接如图 7 所示。通常它的输出级的工作电源是一悬浮电源， 这是 通过一种自举技术由固定的电源得来的。充电二极管 VD 的耐压能力必须大于高压母线的峰 值电压，为了减小功耗，推荐采用一个快恢复的二极管。自举电容的值依赖于开关频率、占 空比和功率 MOSFET 或 ICBT 栅极的充电需要，应注意的是电容两端耐压不允许低于欠电压 封锁临界值，否则将产生保护性关断。对于 5kHz 以上的开关应用，通常采用 0.1μF 的电容 是合适的。 图 7 IR2110 应用典型连接 2) 为了向需要开关的容性负载提供瞬态电流，应用中应在 Ucc 和 COM 之间、UDD和 Uss 之间连接一个旁路电容。这两个电容及 UB和 US间的储能电容都要与器件就近连接。建议 UCC 与 COM 之间的旁路电容用一个 0.1μF 的陶瓷电容并联，而逻辑电源 UDD上有一个 0.1μF 的 陶瓷电容就够了。 3) 大电流的 MOSFET 或 ICBT 相对需要较大的栅极驱动能力， 1IR2110 的输出即可对 这些器件进行快速的驱动。为了尽量减小栅极驱动电路的电感，每个 MOSFET 应分别连接到 IR2110 的 2 脚和 5 脚作为栅极驱动信号的反馈。对于较小功率的 MOSFET 或 ICBT 可在输出 处串一个栅极电阻，栅极电阻的值根据电磁兼容(EMI) 的需要、开关损耗及最大允许 du/dt 值来决定