單通道MOSFET或IGBT柵極驅動器集成電路IR2117

IR2117是美國IR公司專為驅動單個MOSFET或IGBT而設計的柵極驅動器集成電路。文中介紹了它的引腳排列、功能特點和參數限制,同時剖析了它的內部結構和工作原理,最后給出了其典型應用電路圖和應用舉例。

    關鍵詞：柵極 懸浮 自舉 欠壓 IR2117

IR2117是美國IR公司專為驅動單個MOSFET或IGBT而設計的柵極驅動器,它采用高壓集成電路技術和無閂鎖CMOS技術,并采用雙直插式封裝,可用于工作母線電壓高達600V的系統中。其輸入與標準的CMOS電平兼容,輸出驅動特性可滿足交叉導通時間最短的大電流驅動輸出級的設計要求。其懸浮通道與自舉技術的應用使其可直接用來驅動一個工作于母線電壓高達600V的、在高邊或低端工作的N溝道MOSFET或IGBT。

1 引腳排列及功能

IR2117采用標準的雙列直插式DIR-8或小型雙列扁平表面安裝SOIC-8封裝形式,這兩種封裝形式的引腳排列相同,其引腳排列如圖1所示,各引腳的名稱、功能和用法如表1所列。

表1 IR2117的引腳說明

2 內部結構及工作原理

IR2117的內部結構及工作原理框圖如圖2所示。它在內部集成有一個施密特觸發器,一個脈沖增益電路,兩個欠壓檢測及保護電路,一個電平移位網絡,一個與非門,一個由兩個MOSFET組成的互補功放輸出級、一個RS觸發器以及一個脈沖濾波器共九個單元電路。

正常工作時,若IR2127的邏輯電源部分及輸出電源部分不欠壓,則來自用戶控制脈沖形成單元的信號先由施密特觸發器整形,再經脈沖增益環節放大后,由電平移位網絡進行電平移位與匹配,再經RS觸發器觸發后由互補推挽輸出級輸出驅動外接的MOSFET或IGBT。一旦輸入邏輯部分電源或輸出功放級懸浮電源中有一個出現欠壓,則兩部分中將有一個輸出信號被封鎖而使輸出驅動脈沖變為低電平。

3 主要設計特點和參數

3.1 主要設計特點

IR2117在設計上很有特點,現述如下：

（1）采用懸浮通道設計,內部自舉工作可用來驅動從低壓到600V工作母線電壓中的MOSFET或IGBT;

（2）對負的瞬態電壓上升率無限制;

（3）柵極驅動電壓范圍寬達10～20V;

（4）采用CMOS施密特觸發器輸入及推挽功放輸出方式;

（5）具有欠壓封鎖功能;

（6）輸出與輸入同相。

3.2 極限參數

下面是IR2117的極限參數：

（1）高邊懸浮電源電壓VB：-0.3～625V;

（2）高邊懸浮電源參考電壓Vs：VB-25～VB+0.3V;

（3）高邊懸浮輸出電壓VHO：Vs-0.3～VB+0.3V;

（4）邏輯輸入部分工作電源電壓Vcc：-0.3～25V;

（5）邏輯輸入電壓VIN：-0.3～Vcc+0.3V;

（6）允許的參考電源電壓上升率dVs/dt：50000V/μs;

（7）功耗：SOIC封裝的功耗為0.625W;DIP封裝的功耗為1W;

（8）允許最高工作結溫Tj：150℃;

（9）存貯溫度Tstg：-55～150℃;

（10）焊接溫度（焊接時間10s）TL：300℃;

3.3 推薦工作條件

IR2117的推薦工作參數如下：

（1）高邊懸浮電源電壓絕對值VB：Vs+10～Vs+20V;

（2）高邊懸浮電源參考電壓Vs：600V;

（3）高邊懸浮輸出電壓VHO：Vs～VB;

（4）邏輯電源電壓Vcc：10～20V;

（5）邏輯輸入電壓范圍VIN：0～Vcc;

（6）工作環境溫度TA：-40～125℃。

4 應用

4.1 應用注意事項

在使用IR2117時,首先應注意如下幾點：

（1）若VB由Vcc采用自舉技術得到,則接于引腳Vcc與VB之間的二極管應為超快恢復二極管,其反向耐壓要大于600V。

（2）在使用自舉技術產生VB時,接于VB與VS之間電容應為高穩定、低串聯電感、高頻率特性的優質電容,可選滿足該要求的瓷片電容或鉭電容,電容容量為0.1～1μF均可,該電容量將隨IR2117工作頻率的提高而下降。

（3）利用IR2117可直接驅動電流容量較小的MOSFET或IGBT,但對電流容量大于100A以上的MOSFET或IGBT,et IR2117直接驅動就不合適了,此時應考慮對輸出脈沖進行功放。

（4）可用來驅動工作母線電壓不高于600V系統中的MOSFET或IGBT,但實際使用時應考慮回路中電感的存在以及Ldi/dt等因素引起的電壓過沖,因此,通常應用于母線電壓不高于400V（如國內電網對單交流整流后的310V）的系統中。

（5）可用來驅動高端或低端通道中的一個MOSFET或IGBT。

（6）從IR2117到被驅動的MOSFET或IGBT的引線應盡可能短,其往返引線長度應限于200mm以內,并應盡可能使用絞線或同軸電纜屏蔽線,最好將被驅動的MOSFET或IGBT與IR2117裝于同一印制板上用印刷線條直接相連。

4.2 典型應用電路

圖3給出了IR2117的典型應用電路,圖中的二極管可選用MUR1100。

4.3 應用舉例

IR2117的結構及特點決定了它可用來驅動一個高端或低端MOSFET或IGBT,圖4給出了應用IR2117驅動MOSFET而設計的斬波器的系統原理圖,圖中PWM的脈沖形成由專用集成電路TL494來獲得,VB應用自舉技術獲得,圖4(a)與圖4(b)分別給出了IR2117用來驅動高端和低端MOSFET的主電路原理圖。