IR2117 单通道MOSFET或IGBT栅极驱动器集成电路

单通道MOSFET或IGBT栅极驱动器集成电路IR2117

IR2117是美国IR公司专为驱动单个MOSFET或IGBT而设计的栅极驱动器集成电路。文中介绍了它的引脚排列、功能特点和参数限制,同时剖析了它的内部结构和工作原理,最后给出了其典型应用电路图和应用举例。

    关键词：栅极 悬浮 自举 欠压 IR2117

IR2117是美国IR公司专为驱动单个MOSFET或IGBT而设计的栅极驱动器,它采用高压集成电路技术和无闩锁CMOS技术,并采用双直插式封装,可用于工作母线电压高达600V的系统中。其输入与标准的CMOS电平兼容,输出驱动特性可满足交叉导通时间最短的大电流驱动输出级的设计要求。其悬浮通道与自举技术的应用使其可直接用来驱动一个工作于母线电压高达600V的、在高边或低端工作的N沟道MOSFET或IGBT。

1 引脚排列及功能

IR2117采用标准的双列直插式DIR-8或小型双列扁平表面安装SOIC-8封装形式,这两种封装形式的引脚排列相同,其引脚排列如图1所示,各引脚的名称、功能和用法如表1所列。

表1 IR2117的引脚说明

 

引脚号 符号 名  称 功能及用法 1 Vcc 输入级工作电源端 供电电源,抗干扰,该端应接一去耦网络到地 2 IN 控制脉冲输入端 直接按控制脉冲形成电路的输出 3 COM 输入级地端及Vcc参考地端 接供电电源Vcc地 4,5 NC 空脚 悬空 6 Vs 输出级参考地端 接被驱动的MOSFET源极或IGBT射极及负载端 7 HO 驱动脉冲输出端 通过一电阻接被驱动的MOSFET或IGBY的栅极 8 VB 输出级工作电源端（高边悬浮电源端） 当VB与Vcc使用独立电源时,接用户提供的电源,此时VB的参考地为VS而Vcc的参考地为COM。在两电源之间,电位应隔离。当VB与Vcc利用自举技术产生时,此端分别通过一电容及二极管接VS及Vcc

 

2 内部结构及工作原理

IR2117的内部结构及工作原理框图如图2所示。它在内部集成有一个施密特触发器,一个脉冲增益电路,两个欠压检测及保护电路,一个电平移位网络,一个与非门,一个由两个MOSFET组成的互补功放输出级、一个RS触发器以及一个脉冲滤波器共九个单元电路。

正常工作时,若IR2127的逻辑电源部分及输出电源部分不欠压,则来自用户控制脉冲形成单元的信号先由施密特触发器整形,再经脉冲增益环节放大后,由电平移位网络进行电平移位与匹配,再经RS触发器触发后由互补推挽输出级输出驱动外接的MOSFET或IGBT。一旦输入逻辑部分电源或输出功放级悬浮电源中有一个出现欠压,则两部分中将有一个输出信号被封锁而使输出驱动脉冲变为低电平。

3 主要设计特点和参数

3.1 主要设计特点

IR2117在设计上很有特点,现述如下：

（1）采用悬浮通道设计,内部自举工作可用来驱动从低压到600V工作母线电压中的MOSFET或IGBT;

（2）对负的瞬态电压上升率无限制;

（3）栅极驱动电压范围宽达10～20V;

（4）采用CMOS施密特触发器输入及推挽功放输出方式;

（5）具有欠压封锁功能;

（6）输出与输入同相。

3.2 极限参数

下面是IR2117的极限参数：

（1）高边悬浮电源电压VB：-0.3～625V;

（2）高边悬浮电源参考电压Vs：VB-25～VB+0.3V;

（3）高边悬浮输出电压VHO：Vs-0.3～VB+0.3V;

（4）逻辑输入部分工作电源电压Vcc：-0.3～25V;

（5）逻辑输入电压VIN：-0.3～Vcc+0.3V;

（6）允许的参考电源电压上升率dVs/dt：50000V/μs;

（7）功耗：SOIC封装的功耗为0.625W;DIP封装的功耗为1W;

（8）允许最高工作结温Tj：150℃;

（9）存贮温度Tstg：-55～150℃;

（10）焊接温度（焊接时间10s）TL：300℃;

3.3 推荐工作条件

IR2117的推荐工作参数如下：

（1）高边悬浮电源电压绝对值VB：Vs+10～Vs+20V;

（2）高边悬浮电源参考电压Vs：600V;

（3）高边悬浮输出电压VHO：Vs～VB;

（4）逻辑电源电压Vcc：10～20V;

（5）逻辑输入电压范围VIN：0～Vcc;

（6）工作环境温度TA：-40～125℃。

4 应用

4.1 应用注意事项

在使用IR2117时,首先应注意如下几点：

（1）若VB由Vcc采用自举技术得到,则接于引脚Vcc与VB之间的二极管应为超快恢复二极管,其反向耐压要大于600V。

（2）在使用自举技术产生VB时,接于VB与VS之间电容应为高稳定、低串联电感、高频率特性的优质电容,可选满足该要求的瓷片电容或钽电容,电容容量为0.1～1μF均可,该电容量将随IR2117工作频率的提高而下降。

（3）利用IR2117可直接驱动电流容量较小的MOSFET或IGBT,但对电流容量大于100A以上的MOSFET或IGBT,et IR2117直接驱动就不合适了,此时应考虑对输出脉冲进行功放。

（4）可用来驱动工作母线电压不高于600V系统中的MOSFET或IGBT,但实际使用时应考虑回路中电感的存在以及Ldi/dt等因素引起的电压过冲,因此,通常应用于母线电压不高于400V（如国内电网对单交流整流后的310V）的系统中。

（5）可用来驱动高端或低端通道中的一个MOSFET或IGBT。

（6）从IR2117到被驱动的MOSFET或IGBT的引线应尽可能短,其往返引线长度应限于200mm以内,并应尽可能使用绞线或同轴电缆屏蔽线,最好将被驱动的MOSFET或IGBT与IR2117装于同一印制板上用印刷线条直接相连。

4.2 典型应用电路

图3给出了IR2117的典型应用电路,图中的二极管可选用MUR1100。

4.3 应用举例

IR2117的结构及特点决定了它可用来驱动一个高端或低端MOSFET或IGBT,图4给出了应用IR2117驱动MOSFET而设计的斩波器的系统原理图,图中PWM的脉冲形成由专用集成电路TL494来获得,VB应用自举技术获得,图4(a)与图4(b)分别给出了IR2117用来驱动高端和低端MOSFET的主电路原理图。