IR2110驱动MOS IGBT组成H桥原理与驱动电路分析
IR20驱动MOSIGBT组成H桥原理与驱动电路分析
IR20驱动MOSIGBT组成H桥原理与驱动电路分析1.H桥原理：H桥电路是由四个开关管组成的电路，可以实现正反转、制动及调速功能。
在正极电池端接入两个开关管，负极电池端接入另外两个开关管。
通过控制不同开关管的电导情况，可以控制电机正反转和制动。
当Q1和Q4导通时，电机正转；当Q2和Q3导通时，电机反转；当Q1和Q2导通时，电机制动。
H桥电路示意图如下：```+Vcc+--，Q1，--+Motor(Load) -----，Q2，----------+--，Q3，--++GND```2.IR2110简介：IR2110是一种高低侧驱动器，它具有独立的高压和低压输入端，可以直接驱动高侧和低侧开关管。
IR2110集成了驱动电路和PWM调制电路，能够实现电源零电压开关（ZVS）和电流过零检测功能，提高开关效率和减少电磁噪音。
3.IR2110的工作原理：-IR2110的高侧驱动电路包括一个高侧引脚(HIN)、一个半桥驱动电路和一个逆变器。
-IR2110的低侧驱动电路包括一个低侧引脚(LIN)、一个半桥驱动电路和一个逆变器。
-当HIN输入信号为低电平时，高侧逆变器输出为高电平，高侧MOS 管截止，同时低侧逆变器输出为低电平，低侧MOS管导通，电机正转。
-当HIN输入信号为高电平时，高侧逆变器输出为低电平，高侧MOS 管导通，同时低侧逆变器输出为高电平，低侧MOS管截止，电机反转。
-通过HIN和LIN输入信号的控制，可以控制H桥电路的工作方式。
4.IR2110驱动电路示意图：```+Vcc+--，Q1，---------------+Motor ，(Load) ----，Q2，----------------， IR2110+--，Q3，---------------++GND```5.IR2110驱动电路的工作过程：-通过输入信号控制IR2110的HIN和LIN引脚的电平。
-IR2110内部逆变器产生高侧和低侧驱动电平，控制相应的MOSFET 或IGBT的导通和截止。
IR2110驱动IGBT的电路图
如图是IR2110驱动IGBT的电路。
如图（b）为IR21l0内部等效电路；如图（a）电路采用自举驱动方式，VD1为自举二极管，C1为自举电容。
接通电源，VT2导通时Cy通过VDt进行充电。
这种电路适用于驱动较小容量的IGBT。
对于IR2110，当供电电压较低时具有使驱动器截止的保护功能。
自举驱动方式支配着VT2的导通电压，因此电压较低的保护功能是其必要条件。
若驱动电压较低时驱动IGBT，则IGBT就会发生热损坏。
VD1选用高速而耐压大于600V 的ERA38-06、ERB38-06等二极管。
C1容量可根据下式进行计算
式中，QG为VT1的电荷量，Ucc为低压端电压，UCES（ON）为VT2的导通电压，U L为
1 / 3
2 / 3
3 / 3。
ir2110原理
ir2110原理IR2110是一种高速高电压驱动芯片，广泛应用于电力电子领域。
在讲解IR2110的原理之前，先需要了解一些基础概念。
1.高电压驱动：传统的驱动电路（如三极管、MOSFET）通常不能直接控制高电压设备，因为它们的电压和电流限制较低。
而IR2110能够在较低电压下控制较高电压的装置，有助于提高系统的可靠性和效率。
2.高速驱动：IR2110具有较短的上升和下降时间，能够实现快速的开关操作，适用于高频率的电力应用。
IR2110的核心原理可以分为四个部分，分别是逻辑电气隔离、高速驱动、Bootstrap电路和保护电路。
逻辑电气隔离：IR2110具有独特的电气隔离结构，可以将输入电压与输出电压隔离开来。
输入和输出分别通过一个或多个光耦隔离器连接。
这种设计可以防止高电压和高电流对控制电路造成损坏，提高系统的安全性和稳定性。
高速驱动：IR2110内部包含一个高速驱动器，用于控制功率晶体管或MOSFET的开关操作。
高速驱动器能够在很短的时间内对驱动器端口施加高电平或低电平，从而实现快速切换。
Bootstrap电路：IR2110还包含一个Bootstrap电路，用于提供高电压给高侧驱动器。
在推挽式电路中，高侧驱动器的输入需要高于电源电压才能正常工作。
Bootstrap电路能够利用负载电流的间歇性特征，通过一个集电器输出驱动器的电容来提供额外的高电压。
保护电路：为保护电路和系统免受故障或不正常工作的损害，IR2110还集成了多种保护功能。
例如，低侧驱动器的过电流保护和短路保护，高侧驱动器的过电流保护以及低侧和高侧驱动器的过压保护等。
这些保护功能可以有效地保护电路，并防止设备损坏。
总的来说，IR2110是一种具有高电压驱动和高速驱动能力的芯片。
它的原理包括逻辑电气隔离、高速驱动、Bootstrap电路和保护电路。
通过这些设计，IR2110能够实现对高电压设备的控制，并提供良好的系统保护功能，是电力电子领域中不可或缺的关键元件。
IR2110驱动电路设计
3 IR2110驱动电路设计
IR2110是一种高压高速功率MOSFET 驱动器，有独立的高端和低端输出驱动通道，其内部 功能原理框图如图1所示。
它包括输入/输出逻辑电路、电平移位电路、输出驱动电路欠压保护和自举电路等部分。
各引出端功能分别是：1端(LO)是低通道输出；2端(COM)是公共端；);3端(VCC)是低端固定电源电压；5端(US)是高端浮置电源偏移电压；6端(UB)是高端浮置电源电压；7端(HO)是高端输出；9端(VDD)是逻辑电路电源电压；10端(HIN)是高通道逻辑输入；11端(SD)是输入有效与否的选择端，可用来过流过压保护；12端(LIN)是低通道输入；13端(VSS)是逻辑电路的地端。
如图所示：在BUCK 变换器中只需驱动单个MOEFET ，因此仅应用了IR2110的高端驱动，此时将12端(LIN)低通道输入接地、1端(LO)低通道输出悬空。
5端(US)和6端(UB)间连接一个自举电容C1，自举电容通常为1F μ和0.1F μ并联使用。
正常工作时，电源对自举电容C1的充电是在续流二级管D1的导通期间进行。
此时，MOEFET 截止，其源极电位接近地电位，,+12v 电源通过D2给C1充电，使C1上的电压接近+12v ，当MOEFET 导通而D1截止时，C1自举，D2截止，C1上存储电荷为IR2110的高端驱动输出提供电源。
实际应用中，逻辑电源VDD 接+5V ，低端固定电源电压VCC 接+12V ；对驱动电路测试时需将VS 端接地。
自举电容C1的值不能太小，否则其上的自举电压达不到12V ，驱动脉冲的幅值不够！自举电容通常为1F μ和0.1F μ并联使用或（105）1F μ。
ir2110驱动电路原理
ir2110驱动电路原理
IR2110是一种高电压高速引脚互补MOSFET驱动IC，适用于驱动具有高开关速度和高电流能力的功率MOSFET。
它提供了一个高性能的H桥驱动器，可用于单个H桥或者连接成半桥或全桥配置。
IR2110的工作原理如下：
1. 控制信号输入：IR2110通过输入引脚VIN和低侧引脚COM 接收来自控制器的输入信号。
VIN接收控制器提供的PWM信号，用以控制上下通道的切换；COM引脚连接到地。
2. 上下通道驱动：IR2110有两个独立的通道，分别用于驱动上通道和下通道的MOSFET。
MOSFET的源极分别连接到电源和地，源极电压由高侧引脚VCC提供，这样可以有效地驱动MOSFET的开关动作。
3. 高低侧驱动：IR2110在高低侧通道都使用了互补驱动，以实现更高的开关速度和驱动性能。
高侧通道通过引脚HO和LO驱动上通道的N沟道MOSFET，低侧通道通过引脚HO和LO驱动下通道的P沟道MOSFET。
4. 死区控制：IR2110内置了一个死区控制器，用于避免上下通道同时开启或关闭导致的短路。
死区时间由外部电阻和电容控制。
5. 输出：上通道和下通道的驱动信号可以通过引脚HO和LO
输出，用于连接到功率MOSFET的栅极。
通过以上原理，IR2110能够提供高效的驱动电路，实现高速、高电流的功率MOSFET的开关控制。
ir2110工作原理
IR2110工作原理
概述
IR2110是一种高性能的MOSFET和IGBT驱动器芯片，用于控制和驱动电源开关设备。
它能够提供高电流和高速度的驱动信号，在电源开关应用中具有广泛的应用。
这个芯片具有低功耗和抗电磁干扰的特性，能够提供短路保护和电源反转保护。
它的工作原理主要基于内部的PWM模块和电流放大器。
工作原理
IR2110的工作原理可以总结为以下几个步骤：
1.输入信号触发：当输入信号到达芯片时，触发电路将其转换为合适的PWM
信号。
2.驱动信号生成：基于触发信号，内部的PWM模块将其转换为完整的驱动
信号。
3.电流放大：驱动信号经过电流放大器后，能够提供足够的电流来控制
MOSFET或IGBT设备。
4.输出驱动：放大后的驱动信号将被输出到MOSFET或IGBT设备，控制
其导通和截止。
5.保护功能：IR2110还包含了短路保护和电源反转保护，确保系统的安全
运行。
应用领域
IR2110在很多领域中得到广泛应用，包括但不限于：
•功率逆变器
•电机驱动
•电源开关
•电子变压器
•光伏逆变系统
通过使用IR2110，这些应用可以实现高效、高性能的电源开关控制，提高系统的可靠性和效率。
基于IR2110的H桥可逆PWM驱动电路应用_张小鸣
举二级管 （Ｄ４） 给 自 举 电 容 （Ｃ２４ ）充 电， 通 过 电容 Ｃ２４在Ｖｂ 和 Ｖｓ 之 间 形 成 一 个 悬 浮 电 源， 作 为 ＩＲ２１１０ 的 上 通 道 （高 端 ） 逻 辑 电 源， 维 持 ＩＲ２１１０高端输出引脚Ｖｈ 输出正常电 平， 为 上 桥 臂 主开关器件 ＶＴ１ 提 供 栅 极 驱 动 电 压。 正 是 由 于 自 举电容的存 在， 使ＩＲ２１１０ 控 制 同 一 桥 臂 上、 下 主 开关器件的驱动电路只需一个外接电源。
动电路，２片ＩＲ２１１０ 就 能 构 成 Ｈ 全 桥 功 率 ＭＯＳ－ ＦＥＴ 管可 逆 ＰＷＭ 他 励 直 流 控 制 系 统 主 控 回 路。 ＩＲ２１１０芯片高端 悬 浮 通 道 采 用 外 部 自 举 电 容 产 生 悬浮电压源Ｖｂｓ，与 低 端 通 道 共 用 一 个 外 接 驱 动 电 源Ｖｃｃ，兼有光耦 隔 离 和 电 磁 隔 离 的 优 点， 配 置 所 有高压引脚在芯片一侧、独立的逻辑地和功率地，
当 ＶＴ１ 导 通 时，Ｃ２４ 放 电 以 维 持 高 端 导 通。 当 Ｃ２４电荷 没 有 充 满， 或 者 电 容 充 满 但 高 端 持 续 工作时间 较 长， 导 致 电 容 放 电 过 度，ＩＲ２１１０ 高 端 悬浮 电 源 Ｖｂ 的 内 部 欠 压 检 测 保 护 逻 辑 就 会 动 作， 将 Ｖｈ 拉 为 低 电 平， 使 驱 动 电 路 无 法 正 常 工 作。 ＩＲ２１１０的内部结构图清楚反映 了 低 端 电 源Ｖｃｃ和 高 端悬浮电源Ｖｂ 的 欠 电 压 检 测 电 路 结 构， 如 图 ２ 所 示。
１ ＩＲ２１１０ Ｈ 桥典型驱动电路
基于２片ＩＲ２１１０ 的 Ｈ 桥 ４ 片 ＭＯＳＦＥＴ 管 直 流电机 典 型 驱 动 电 路 如 图 １ 所 示。 当 ＶＴ１、ＶＴ４ 导通时， 电 机 正 转； 当 ＶＴ２、ＶＴ３ 导 通 时， 电 机 反转；当 ＶＴ２、ＶＴ４导通时，电机两极与地短 接， 电机刹车能耗制动。
ir2110原理
ir2110原理IR2110原理IR2110是一种高性能、高可靠性的电源驱动器芯片，常用于电力电子设备中的半桥和全桥驱动电路。
它可以将低电平的控制信号转换为高电平的驱动信号，以实现对功率开关管件的精确控制。
IR2110芯片由逻辑单元、驱动单元和保护单元组成。
逻辑单元负责控制输入信号的逻辑处理，驱动单元负责产生高低电平的驱动信号，保护单元则提供了过流保护和过温保护等功能。
IR2110芯片的工作原理如下：首先，逻辑单元接收来自外部的控制信号，经过逻辑处理后，将信号分为两路并进行反相处理。
然后，驱动单元根据逻辑单元的输出信号，产生高低电平的驱动信号。
当逻辑单元输出高电平时，驱动单元输出低电平；当逻辑单元输出低电平时，驱动单元输出高电平。
这样的设计可以有效地控制功率开关管件的导通与截止，从而实现对电路的精确控制。
IR2110芯片还具有多种保护功能，如过流保护和过温保护。
当电流超过设定的阈值或温度超过允许的范围时，保护单元会立即停止输出驱动信号，以防止电路损坏。
这些保护功能使得IR2110芯片在实际应用中更加可靠和安全。
IR2110芯片广泛应用于电力电子设备中的半桥和全桥驱动电路。
在半桥驱动电路中，IR2110与另一颗IR2110芯片配合使用，可以实现对功率开关管件的正向和反向控制。
而在全桥驱动电路中，IR2110与另外两颗IR2110芯片配合使用，可以实现对功率开关管件的正向和反向控制，并且可以更加精确地控制输出电流和电压。
总结一下，IR2110是一种高性能、高可靠性的电源驱动器芯片，它通过逻辑单元、驱动单元和保护单元的协作工作，实现对功率开关管件的精确控制。
它具有多种保护功能，能够在电流过大或温度过高时自动停止输出驱动信号，从而保护电路的安全。
IR2110芯片广泛应用于电力电子设备中的半桥和全桥驱动电路，具有广阔的应用前景。
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IR2110驱动MOS IGBT组成H桥原理与驱动电路分析 3.3 电机驱动模块设计
3.3.1 H桥工作原理及驱动分析
3.3.2 前级PWM信号和方向控制信号逻辑处理电路设计分析
由于H桥控制MOS管的开关需要4路控制信号，对于由NMOS管组成H桥的一侧而言，一般情况下，上下两管共用一个控制信号，并且其中一只NMOS管的控制信号是将共用的控制信号反向得到的，如图3-7所示，74HC14的作用是将输入的控制信号反向作为下管的控制信号，从而保证上下两个MOS管不会同时导通,那么对于一个完整的H桥就要2路PWM信号来控制电机的速度和正反转，而且两路PWM信号还必须保证同步且极性相反，对于低端单片机而言这一点不是很容易做到。
图3-7 一般控制信号处理原理图
本设计在上面所述的思想上做了改进和延伸，通过一路PWM信号、一路DIR方向控制信号、74HC00、74HC08数字芯片，实现四路控制信号的输出，上下两管的逻辑控制信号具有有互锁保护功能，从而保证同侧桥臂的上下NMOS管不会同时导通造成能量浪费甚至烧毁MOS管和电源。
如图3-8所示，HIN1、LIN1、HIN2、LIN2分别为两侧上下管的控制信号，HIN1、LIN1不能同时为1，HIN2、LIN2不能同时为1。
DIR=1时，电机正转，DIR=0时，电机反转。
当DIR=1正转时，LIN2恒为1，图3-9中Q3始终导通，HIN1、LIN1通过PWM 控制导通时间调节转速，当DIR=0反转时，LIN1恒为1，图3-9中Q4始终导通，HIN2、LIN2通过PWM控制导通时间调节转速。
DIR=0或1，两桥臂下管始终导通，这也为自举电容的快速充电提增加了一条回路，也就是说不管是正转还是反转，当上管关闭时两侧下管可同时提供充电回路，而不是单侧的下管，因为电机阻抗的存在，起主要充电作用的还是单侧的下管。
当PWMZ占空比为0时，LIN1、LIN2都为1时，两侧下管同时导通将电机两端接地，这样可以实现电机快速制动。
当DIR=1时，HIN、LIN控制信号仿真图和实际波形分别如图3-10和图3-11所示。
图3-8 前级信号处理电路 图3-9 NMOS管组成的H桥
图3-10 控制信号仿真波形 图3-11 示波器实测控制信号HIN 和LIN
3.3.3 IR2110介绍及悬浮驱动电路设计分析
IR2110是美国IR 推出的大功率MOSFET 和IGBT 专用驱动集成电路, 已在电源变换、马达调速等功率驱动领域中获得了广泛的应用。
该电路芯片体积小,集成度高,响应快,偏值电压高,驱动能力强,内设欠压封锁,而且其成本低,易于调试, 并设有外部保护封锁端口。
尤其是上管驱动采用外部自举电容上电,使得驱动电源数目较其他驱动IC 大大减小。
对于4管构成的H 桥电路,采用2片IR 2110 驱动2 个桥臂,仅需要一路10-20 V 电源。
如图3-12所示为一侧桥臂悬浮自举电路，两侧对称电路见附录。
C13为自举电容，当低压输出端打开（LIN=1）、高压输出端关闭（HIN=0）时，低压侧12V 电源电压经D3、C13、负载、Q4和另一侧Q3给C13充电，当低压输出端关闭（LIN=0）、高压输出端打开（HIN=1）时，Q2管的栅极靠C13上足够的储能来驱动，从而在逻辑信号的控制下循环
往复，从而实现NMOS管的悬浮自举驱动。
若负载阻抗较大，自举电容经负载降压充电较慢，使得Q4关断、Q2开通时，自举电容上的电压仍充电达不到自举电压8．3V以上时，输出驱动信号会因欠压被逻辑封锁，Q2就无法正常工作。
所以，要么选用小容量电容，以提高充电电压；要么为自举电容提供快速充电通路。
由于Q4每开关一次，C13就通过Q4充电一次，因此自举电容C13的充电还与输入信号HIN、LIN的PWM脉冲频率和占空比有关，当PWM工作频率过低时，若Q2导通脉宽较窄，自举电压8．3V容易满足；反之无法实现自举。
因此要合理设置PWM开关频率和占空比调节范围，并且PWM的占空比不能达到100%，否则无法给自举电容充电，也就无法自举驱动。
通过实验自举电容和自举二极管的选择应考虑以下几点[2]：
(1) 自举电容的选择与PWM的频率有关，频率高，自举电容应该选择小一点的；
(2) 自举电容的种类最好是钽电容，本设计选用的是1uF的钽电容和一只0.1uF的独石电容并联；
(3)尽量使自举回路上不经过大阻抗负载，这样就要为自举电容充电提供快速充电通路；
(4)对于占空比调节较大的场合，特别是在高占空比时，Q4开通时间较短，自举电容应该选择小点的；
（5）自举二极管能阻断直流干线上的高压，二极管承受的电流是栅极电荷与开关频率之积。
为了减少电荷损失，应选用漏电流小的快恢复二极管(高频)，本设计选用的是IN4148。
由于驱动器和MOSFET 栅极之间的引线、地回路的引线等所产生的电感, 以及IC 和FET 内部的寄生电感,在开启时会在MOSFET 栅极出现振铃现象,一方面增加MOSFET 的开关损耗,同时EMC 方面不好控制。
在MOSFET的栅极和驱动IC的输出之间串联一个电阻,如图3-12中R6、R8，这个电阻称为“栅极电阻”,其作用是调节MOSFET 的开关速度,减少栅极出现的振铃现象,减小EMI,也可以对栅极电容充放电起限流作用。
该电阻的引入减慢了MOS管的开关速度, 但却能减少EMI,使栅极稳定.同时MOS管的关断时间要比开启时间慢(开启充电,关断放电),因此就要改变 MOS管的关断速度,可以在栅极电阻上反向并联一个二极管，如图3-12中D5、D7,当MOS管关断时,二极管导通,将栅极电阻短路从而减少放电时间, 使MOS管实现快速放电，确保上下桥臂MOS管不会同时导通[1]。
因电机是感性负载,在H 桥的输出端、正极到电机外壳、负极到电机外壳分别接一个0.1uF的小电容，可以起到换向时消除火花的作用保护电机。
同时在局部供电部分加
一个去藕电容以保证电源稳定，如图3-12中C7。
驱动模块在设计时除考虑到做电机驱动用，还可以扩展应用为直流数控电源，如图3-12所示，做电机驱动时电感L1用导线短接，C15、C17、R10、R11空缺不管，当做直流数控电源电感L1 、C15、C17组成LC滤波电路，对脉冲信号进行滤波，同时电感L1还起着续流储能作用，R10、R11构成反馈回路，将实时电压信号反馈给MCU，MCU再控制PWM信号的输出，这样可以实现闭环的数控电源。
图3-12 H桥一侧悬浮驱动原理图
3.4 系统电源电路设计分析
本系统所需的电源有5V、12V、16V，其中5V用于单片机、液晶、驱动芯片，12V 用于IR2110S驱动芯片的低端电源电压，16V是电机驱动电源，整个系统采用16V供电。
5V和12V分别采用78M05和78M12三端稳压芯片经过16V稳压提供。
78MXX三端稳压集成芯片芯片采用TO-252 DPAK封装 ，最大输出电流500mA，满足系统要求。
78MXX最大输入电压35V，具有过流过热短路保护功能。
由于5V由16V稳压得到，压差较大△
U=16-5=11V，假如系统5V电源输出电流I≈300mA，将会导致大量的能量浪费，△P=△U*I≈3.3W,所以为降低能量损耗，保护稳压芯片延长使用寿命，本设计将驱动电路5V 电源和单片机及LCD显示部分5V电源分开，分别用一片78M05供电，同时取消LCD背光功能，以减小电流降低功耗。
电源模块电路原理图如图3-13所示。
图3-13 电源模块原理图。