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IR2132驱动器及其在三相逆变器中的应用

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IR2132驱动器及其在三相逆变器中的应用白向东(陕西省电子技术研究所,陕西西安710004)摘要:提出了IR2132驱动器在三相逆变器中的应用。采用数字信号处理器对电源系统进行全数字控制,通过改变PWM渡形的脉冲宽度和调制周期可以达到调压和变频的目的。采用功率MOSFET和IGBT专用驱动芯片IR2132驱动三相桥式逆变电路。介绍了琅2132驱动电路的特点、内部结构、工作原理和基于IR2132构成的三相逆变电路结构,并提出了一种新型实用的预制相位PWM数字控制方案,取代了传统的模拟驱动电路和模块化桥臂电路设计,降低了开发成本,并融合了多元化的保护功能使逆变电源系统的驱动电路变得简单可靠。关键词:逆变器;IGBT;SPWM;功率开关中图分类号:TMl3文献标识码:B文章编号:1004—373X(2010)13—0051—03IR2132DriveandItsApplicationinThree-phaseInverterBAIXiang—dong(ShaanxiofElectronicTechnologyResearchInstitute,Xi’an710004.China)Abstract:TheapplicationofIR2132drivesinthree-phaseinvertersisproposed,inwhichthefullydigitalcontrolthepowersupplysystemsisperformedbydigitalsignalprocessors,thevariationofthevoltageandfrequencyisachievedbychan。gingthepulsewidthofofpowerPWMwaveformandmodulationperiod,andthethree-phasebridgeinvertercircuitisdrivedbytheaidstructure,MOSFETandIGBTdedicateddrivingchipIR2132.TheIR2132drivecircuitcharacteristics,internalcircuitstructureworkingprincipleandthethree-phaseinverterpre-phasebasedIR2132introduced.AnewschemeofpracticalbridgePWMdigitalcontrolisproposed,whichreplacesthetraditionalanalogdrivecircuitandthemodularizationarmcircuit。reducesthedevelopmentcost,andmakesthedrivecircuitsofinvertingpower-supplysystemswiththeincorpora—tionofdiversificationprotectionfunctionssimpleandreliable.Keywords:inverter;IGBT;SPWM;powerswitch0引言1IR2132驱动芯片的特点IR2132可以用来驱动工作在母线电压不高于逆变器已广泛用于交流电气传动、UPS等许多技术领域中,其主电路开关器件常采用IGBT或MOSFET等全控型器件,该类器件的开关动作需要靠的驱动电路来实现,并要求驱动电路的供电电源彼此隔离(如单相桥式逆变主电路需3组电源,三相桥式逆变主电路需4组电源)D-z3,这无疑增加辅助电源的设计困难和成本,同时也使驱动电路变得复杂,降低了逆变器的可靠性。采用如EXB840等专用厚膜集成驱动电路芯片虽然可以简化驱动电路的设计,但每个驱动芯片仍需要一个隔离的供电电源,且每个芯片仅可驱动一个功率开关器件,应用仍有不便[3。5]。而美国国际整流器公司生产的专用驱动芯片IR2132只需1个供电电源即可驱动三相桥式逆变电路的6个功率开关器件,可以使整个驱动电路变得简单可靠¨]。600V的电路中的功率MOS门器件,其可输出的最大mA。它内部设计有过流、过压及欠压保护、封锁和正向峰值驱动电流为250mA,而反向峰值驱动电流为500指示网络,使用户可方便地用来保护被驱动的MOSf-j功率管,加之内部自举技术的巧妙运用使其可以用于高压系统,它还可以对同一桥臂上下两个功率器件的门极驱动信号产生0.8Its互锁延时时间。它自身工作和电源电压的范围较宽(3~20V),在它的内部还设计有与被驱动的功率器件所通过的电流成线性关系的电流放大器,电路设计还保证了内部的3个通道的高压侧驱动器和低压侧驱动器可单独使用,亦可只用其内部的3个低压侧驱动器,并且输入信号与TTL及CMOS电平兼容。IR2132管脚如图1所示。VBl~VB3是悬浮电源接地端,通过自举电容为3个上桥臂功率管的驱动器提供内部悬浮电源,VSl~VS3是其对应的悬浮电源地端。5】收稿日期:2010—03—10万方数据Generator)、2个脉冲处理和电平移位器(PulseatorGener—LevelShifter)、3个上桥臂侧功率管驱动信号锁存Detector)及6个低输出阻抗MoS器(Latch)、3个上桥臂侧功率管驱动信号与欠压检测器(UnderVoltage功率管驱动器(Driver)和1个或门电路。正常工作时,输入的6路驱动信号经输入信号处理器处理后变为6路输出脉冲,驱动下桥臂功率管的信号L1~L3经输出驱动器功放后,直接送往被驱动功率器件。而驱动上桥臂功率管的信号H1~H3先经集成于IR2132内部的3个脉冲处理器和电平移位器中的自举电路进行电位变换,变为3路电位悬浮的驱动脉冲,再经对应的3路输出锁存器锁存并经严格的驱动脉冲与否检验之后,送到输出驱动器进行功放后才加到被驱动的功率管。一旦外电流发生过流或直通,即电流检测单元送来的信号高于0.5V时,则IR2132内部的电流比较器迅速翻转,促使故障逻辑单元输出低电平,一则封锁3路输入脉冲信号处理器的输出,使IR2132的输出全为低电平,保护功率管;同时IR2132的FAULT脚给出故障指示。同样,若发生IR2132的工作电源欠压,则欠压检测器迅速翻转,也会进行类似动作。发生故障后,IR2132内的故障逻辑单元的输出将保持故障闭锁状态。直到故障清除后,在信号输入端LINl~LIN3同时被输入高电平,才可以解除故障闭锁状态。IR2132驱动上桥臂功率管的自举电源电压不足时,则该电路的驱动信号检测器迅速动作,封锁该路输出,避免功率器件因驱动信号不足而损坏。当逆变器同一桥臂上2个功率器件的输入信号同时为高电平,则IR2132输出的2路门极驱动信号全为低电平,从而可靠地避免桥臂直通现象发生。潞需盛器裟总潞图1黑温;嚣哪鬻蚴吼IR2132引脚图HINl~HIN3,LINl~LIN3是逆变器上桥臂和下桥臂的驱动信号输入端,低电平有效。ITRIP是过流信号检测输入端,可通过输入电流信号来完成过流或直通保护。CA一,CA0,VSO是内部放大器的反相端、输出端和同相端,可用来完成电流信号检测。H01~H03,L01~L03是逆变器上下桥臂功率开关器件驱动信号输出端。FAULT是过流、直通短路、过压、欠压保护输出端,该端提供一个故障保护的指示信号。它在芯片内部是漏极开路输出端,低电平有效。VCC,VSS是芯片供电电源连接端,VCC接正电源,而VSS接电源地。2IR2132内部结构及其工作原理IR2132的内部结构如图2所示,它的内部集成有1个电流比较器(CurrentComparator)、1个电流放大器(CurrentAmp)、1个自身工作电源欠电压检测器(UnderVoltageDetector)、1个故障处理单元(FaultLogic)及1个清除封锁逻辑单元(ClearLogic)。除上述外,它内部还集成有3个输入信号处理器(InputSignal圈252IR2132内部结构图万方数据3采用IR2132的逆变器电路结构3.1控制电路采用了一种新型的预制相位PWM波的数字控制方案,逆变器6个开关管的开关状态同某一调制比的SPWM脉冲相对应,其出发点是由一片EPROM来存储这6个开关管的开关状态,预置于EPROM内的由多种方式产生,常见的是先计算出来,对应于不同的基波频率,按一定规律算出相对应的脉宽,再转换成数值,存储在EPROM内[72,EPROM的输出与IR2132的HINl~HIN3,LINl~LIN3相连接。同一桥臂开关管之间相位互差120。,同桥臂上下开关互补导通且有死区。其SPWM波生成电路原理如图3所示。器件的开关频率、占空比以及充电回路电阻,必须保证电容充电到足够的电压,而放电时其两端电压不低于欠电压保护动作值,当被驱动的开关频率大于5kHz时,该电容值不小于0.1pF,且以瓷片电容为好。A相A相dA丰}i输出B札输出C柏输出图4IR2132与功率管的连接方式4结语采用IR2132器件实现单芯片电源供电的三相逆变器的驱动,只要合理地选择浮充电容,驱动电路工作十分可靠,它不仅使电路结构简单、可靠性提高,而且可以可靠地实现短路、过流、欠压和过压等故障保护。参考文献[1]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京:电子工图3SPWM波生成电路原理图业出版社,2004.[23陈道炼.DC-AC逆变技术及其应用[M].北京:机械工业出版社,2005.[3]周志敏,周纪海,纪爱华.逆变电源实用技术EM].北京:中国电力出版社,2005.3.2驱动电路采用IR2132芯片驱动逆变器功率管时,其基本主电路不需改变,仍可用典型的三相电压型逆变电路[8],为便于表示,图4中画出了IR2132驱动中1个桥臂的电路示意图。图中C,是自举电容,为上桥臂功率管驱动的悬浮电源存储能量,VD,的作用是防止上桥臂导通时的直流电压母线电压加到IR2132的电源上而使器件损坏,因此VD。应有足够的反向耐压,当然由于VD。与C,串联,为了满足主电路功率管开关频率的要求,VD。应选快速恢复二极管。R。和R2是IGBT的门极驱动电阻,一般可采用10到几十欧姆。R。和R。组成过流检测电路,其中R。是过流取样电阻,R。是作为分压用的可调电阻[9。0|。IR2132的HINl~HIN3,LINl~LIN3作为功率管的输入驱动信号与SPWM波生成电路的EPROM连接。其容量取决于被驱动功率[4]曲学基,王增福,曲敬铠.新编高频开关稳压电源[M].北京:电子工业出版社,2005.[5]吴立新.实用电子技术手册[M].北京:机械工业出版社,2002.[6]PD-6.003E.Controlintegratedcircuitdesignersmanual[M].Is.1.]:PD-6.003E,2001.[7]王鸿钰.实用电源技术手册[M].上海:上海科学技术出版社,2002.[8]李龙文.最新开关电源设计程序与步骤I-M]。北京:中国电力出版社,2008.[9]李成章.电源[M].北京:电子工业出版社,1990.[10]叶慧贞,杨兴洲.开关稳压电源[M].北京:国防工业出版社,1993.53万方数据IR2132驱动器及其在三相逆变器中的应用

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:

白向东, BAI Xiang-dong

陕西省电子技术研究所,陕西西安,710004现代电子技术

MODERN ELECTRONICS TECHNIQUE2010,\"\"(13)0次

1.张占松.蔡宣三 开关电源的原理与设计 20042.陈道炼 DC-AC逆变技术及其应用 2005

3.周志敏.周纪海.纪爱华 逆变电源实用技术 20054.曲学基.王增福.曲敬铠 新编高频开关稳压电源 20055.吴立新 实用电子技术手册 2002

6.Control integrated circuit designers manual 20017.王鸿钰 实用电源技术手册 2002

8.李龙文 最新开关电源设计程序与步骤 200.李成章 电源 1990

10.叶慧贞.杨兴洲 开关稳压电源 1993

1.期刊论文 王鹏程.郑建勇.尤鋆.WANG Peng-cheng.ZHENG Jian-yong.YOU Jun 对IGBT逆变器吸收电路的改进与仿真 -电测与仪表2009,46(10)

本文在分析了传统IGBT逆变器吸收电路特点和工作原理的基础之上,结合IGBT在高频应用场合的开关特性,对传统IGBT逆变器吸收电路进行了改进.经过改进的IGBT逆变器吸收电路能够通过改变放电回路的放电电容,缩短吸收电容放电时间,在不降低吸收过电压效果的基础上,提高IGBT的工作频率,满足了IGBT逆变器在高频应用下的要求.最后,通过理论分析和电路仿真,验证了改进型吸收电路的有效性和适用性.

2.学位论文 蒋晓春 8K型电力机车辅助逆变器控制系统和IGBT驱动保护技术的研究 2004

电力机车用IGBT辅助电源逆变器取代进8K电力机车故障率高的辅助电源后,已有二百多台实际运行了很长一段时间.运行结果说明,IGBT辅助逆变器的设计是合理的,能满足机车恶劣环境的运行需要.但经过长期运行后,也暴露出了几个问题.该文以此为出发点对其控制系统进行了研究和改进设计,并在此基础上对IGBT的驱动保护技术进行了研究.该文将先进的在系统可编程技术(I SP)和EDA技术运用到机车上,解决了8K型电力机车IGBT辅助逆变器原控制系统中的脉冲分配核心器件LNBK002的老化问题.重新设计了开关电源,用单端反激式取代了推挽式,用电流控制方式替代了电压控制方式,去掉了可靠性不高的保险管.采用动态的过流保护阈值的方法解决了辅助逆变器机组低温启动过程中的过流保护问题.对8K型电力机车IGBT辅助逆变器存在的低温短路保护问题进行了大量的现场试验,以研究低温对于系统的影响.在大量实验的基础上,排除了IGBT主电路的低温问题,确定了影响系统低温性能的因素,对此进行了分析,并提出了采用二极管钳位的解决方法.重新设计的控制系统在大同通过了高低温试验.这些问题的解决具有重大的现实意义.对IGBT开关过程的优化和短路保护技术进行了研究,从理论上分析了栅极驱动参数对开关期间di/dt、dv/dt、开关损耗以及EMI的影响,为进一步研究提供了理论依据.用

PSPICE仿真研究了栅极驱动参数对IGBT短路的影响.对大功率IGBT的的开关特性进行了研究,设计了3300V/1200A IGBT的驱动保护电路,采用RC驱动方法优化了开关损耗和EMI.在对国外几种典型的IGBT驱动电路比较研究的基础上,研制了一种新型IGBT驱动保护电路.其中采用可编程逻辑器件实现输入侧逻辑功能;用脉冲变压器替代光耦来传输控制信号;提出了动态关断的方法优化了关断过程,在小的开关损耗和开关时间下抑制了过电压,可以实现无缓冲工作;采用了软降栅压和软关断相结合的短路保护措施,并且仅在开通瞬间设置保护盲区.仿真和试验结果证明,该驱动电路能够很好的实现正常驱动、动态关断以及短路保护等功能.

3.期刊论文 王鹏程.郑建勇.尤鋆.WANG Peng-cheng.ZHENG Jian-yong.YOU Jun 改进型IGBT逆变器缓冲电路的设计与仿真 -通信电源技术2009,26(5)

文章首先分析了传统IGBT逆变器缓冲电路的特点和工作原理.在此基础之上,总结了IGBT逆变器在高频应用场合的开关特性,提出了一种改进型IGBT逆变器缓冲电路.这种改进型缓冲电路能够通过改变放电回路的放电电容,缩短缓冲电容放电时间,在不降低吸收过电压效果的基础上,提高开关器件IGBT的开关频率,满足IGBT逆变器在高频应用下的要求.通过理论分析和电路仿真,证明了该改进型缓冲节电路的有效性和适用性.

4.学位论文 高迎慧 IGBT串联谐振型逆变器高频化技术的研究 2004

本文研究IGBT谐振型逆变器的高频化技术.在分析比较目前功率器件和谐振型逆变器发展方向的基础上,选择采用IGBT研制高频、大功率串联谐振型逆变器.本文对串联谐振型逆变器运行状态的控制问题进行理论和仿真分析,得出串联谐振型逆变器适宜工作在感性准谐振状态的结论;通过对串联谐振型逆变器频率跟踪控制电路的研究和分析,设计了锁频锁相控制电路,解决了串联谐振型逆变器因负载固有谐振频率变化引起的功率因数角不恒定问题;详细研究分析了APTGU180A120型IGBT结构和参数,设计了IGBT驱动电路;通过对串联谐振型逆变器短路现象的研究和仿真分析,设计了逆变器短路保护电路;在详细计算电路参数基础上设计了单桥50kW/100kHz IGBT逆变器,采用该逆变器设计制作了单桥50kW/100kHzIGBT感应加热电源样机,并给出了其调试结果,对设计和调试经验进行了总结.

5.期刊论文 常云龙.黄崇湘.李娜.马学志.马钰军.刘学钊.CHANG Yun-long.HUANG Cong-xiang.LI Na.MA Xue-zhi.MA Yu-jun.LIU Xue-zhao 弧焊逆变器中IGBT的几种保护措施 -沈阳工业大学学报2000,22(6)

功率器件的可靠运行是弧焊逆变器设计和制造过程中的一项关键技术,必须对其进行有效地保护。主要介绍了功率器件IGBT的开关特性和保护原理,分析了几种典型的保护措施,并提出了一种新型软开关技术。

6.学位论文 徐飞 逆变器中IGBT的保护和故障诊断研究 2009

基于IGBT的逆变器由于受IGBT稳定性和可靠性的影响,容易出现烧坏、寿命不长等工程问题。因此研究基于IGBT的逆变器的保护与故障诊断,对于提高设备利用率和使用寿命、降低故障率等都具有重要意义。本文设计了50kVA有源电力滤波器样机主电路和基于波形相似匹配的逆变器故障诊断算法。 对于50kVA的APF主电路,本文设计了IGBT的驱动和过流保护电路、放电阻止型缓冲电路、散热措施和基于PTC热敏电阻的过热检测电路。驱动和过流保护模块具有通用性,该模块具有通用型外围电路的接口,并且适用于1200V~1700V且频率小于10kHz的IGBT。基于PTC热敏电阻的过热检测电路具有多响应特点,能对不同的温度发出报警信号和关断信号。APF样机实验结果表明IGBT的驱动和保护电路运行稳定,满足APF驱动和保护需求。

针对逆变器故障诊断算法,研究了基于小波变换和矩阵奇异值分解的分类特征向量提取方法,采用基于Huffman树的支持向量机对历史故障波形进行样本训练和对当前故障波形实现分类;建立统一的正交基作为相似匹配的标准,实现类中故障波形的相似匹配。将该方法与其它方法的对比实验结果表明,该方法在抗噪性和相似值准确性好于直接小波法和小波奇异值法。文章搭建了逆变器PSpice仿真平台提供IGBT的故障波形,验证故障诊断算法。 APF样机的运行结果和故障诊断算法的软硬实现,证明IGBT驱动和保护设计的有效性,并为基于波形的故障诊断奠定基础。

7.期刊论文 孙波.李海公.焦晓东.SUN Bo.LI Hai-gong.JIAO Xiao-dong 逆变器IGBT损坏原因分析及处理 -山东冶金2009,31(5)

针对冷床传输链逆变器IGBT频繁损坏的现象,通过对逆变器输出线路、负荷、逆变器容量、电机励磁电流、IGBT的发热等进行分析,得出IGBT损坏的原因是励磁电流过大而造成IGBT温度升高.采取将最大励磁电流由默认的80%改为20%.取消一级计算机的50 s延时等措施,保证了IGBT的正常运行.

8.学位论文 李宏 高频IGBT弧焊逆变器研究设计 1997

该文主要研究弧焊逆变器主电路和控制系统的分析设计及参数计算.主要研究内容为:弧焊逆变器外特性设计;以全桥电路和高频变压器为核心的主电路设计,详细分析了各种主电路结构在弧焊逆变器中的应用及存在的问题;以电流型PWM控制器为核心的弧焊逆变器控制系统分析设计,对电压型PWM控制器和电流型PWM控制器进行了详细的分析对比,提出了为实现弧焊逆变器外特性的自适应控制方法;采样信号位置的选取及快速采集等.实验表明:该弧焊逆变器动态响应快;电弧稳定;引弧成功率高;体积小;重量轻;效率高;具有过流、过压、过热、欠压保护功能,工作可靠,性能稳定.该设计方案便于向大功率扩展.

9.期刊论文 刘海涛.LIU Hai-tao 地铁车辆用DC1500V IGBT牵引逆变器 -机车电传动2008,\"\"(5)

介绍了TGN39型地铁车辆用DC1500V IGBT牵引逆变器的主要参数、主电路和总体结构,阐述了该逆变器的技术特点.通过试验及运营表明该逆变器的设计能满足地铁牵引的要求.

10.学位论文 王松 用于永磁交流同步电动机弱磁控制的IGBT PWM逆变器的研究 1996

该文介绍了一个用于永磁交流同步电动机弱磁控制的IGBT PWM逆变器,该逆变器采用CM 1500Y-24H IGBT模块作为功率开关器件,IGBT驱动电路采用300A/1200V快速型IGBT专用驱动模块EXB841.文中详细介绍了PMSM的弱磁控制原理、IGBT的驱动技术和逆变器较为完善的保护功能,并比较分析了分别用300VDC、540VDC的逆变器对普通转子结构的PMSM和新型转子结构的PMSM供电,进行I<,d>=0矢量控制和I<,d><0矢量控制的实验结果,得出逆变器输出极限电压、控制方案、转子结构对电机特性的影响.

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下载时间:2010年11月28日

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