MOS管驱动芯片的工作原理？（以IR2110为例）

求使用IR2110驱动单个mos管的电路~

　　 我最近也在用IR2110，做一个交流逆变电源。 IR2110的高端驱动电平（6脚与5脚）相对于COM是悬浮的，必须通过开通半桥的下管给VB-VS脚所接的自举电容充电，这样7脚才有足够的电荷驱动半桥的上管。
　　 如果是驱动单个MOSFET的话用低端驱动，即用1脚和2脚，换作LIN给PWM信号。如果实在要用7脚与5脚的话，必须把5脚强制接COM，即接到15V的地。否则7脚对COM一直为高。

IR2110不隔离，不能起到光耦的隔离作用

摘要：简要分析了UC3637双PWM控制器和IR2110的特点，工作原理。由UC3637和IR2110共同构建一种高压大功率小信号放大电路，并通过实验验证了其可行性。

关键词：小信号放大器；双脉宽调制；悬浮驱动；高压大功率

0 引言

现有的很多小信号放大电路都是由晶体管或MOS管的放大电路构成，其功率有限，不能把电路的功率做得很大。随着现代逆变技术的逐步成熟，尤其是SPWM逆变技术，使信号波形能够很好地在输出端重现，并且可以做到高电压，大电流，大功率。SPWM技术的实现方法有两种，一种是采用模拟集成电路完成正弦调制波与三角波载波的比较，产生SPWM信号；另一种是采用数字方法。随着应用的深入和集成技术的发展，已商品化的专用集成电路（ASIC）和专用单片机（8X196/MC/MD/MH）以及DSP，可以使控制电路结构简化，集成度高。由于数字芯片一般价格比较高，所以在此采用模拟集成电路。主电路采用全桥逆变结构，SPWM波的产生采用UC3637双PWM控制芯片，并采用美国IR公司推出的高压浮动驱动集成模块IR2110，从而减小了装置的体积，降低了成本，提高了系统的可靠性。经本电路放大后，信号可达3kV，并保持了良好的输出波形。

1 UC3637的原理与基本功能

UC3637的原理框图如图1所示。其内部包含有一个三角波振荡器，误差放大器，两个PWM比较器，输出控制门，逐个脉冲限流比较器等。

图1 UC3637原理框图

UC3637可单电源或双电源工作，工作电压范围±（2.5～20）V，特别有利于双极性调制；双路PWM信号，图腾柱输出，供出或吸收电流能力100mA；逐个脉冲限流；内藏线性良好的恒幅三角波振荡器；欠压封锁；有温度补偿；2.5V阈值控制。

UC3637最具特色的是三角波振荡器，三角波产生电路如图2所示。三角波参数按式（1）及式（2）计算。

Is=（1）

f=（2）

式中：VTH为三角波峰值的转折（阈值）电压；

Vs为电源电压；

RT为定时电阻；

CT为定时电容；

Is为恒流充电电流；

f为振荡频率。

图2 三角波产生电路

UC3637具有一个高速、带宽为1MHz、输出低阻抗的误差放大器，既可以作为一般的快速运放，亦可作为反馈补偿运放。UC3637实现其主要功能的就是两个PWM比较器，实现电路如图3所示。其他还有如欠压封锁，2.5V阈值控制等功能，这些功能在应用电路中也给予实现。

图3 PWM产生电路

2 IR2110的结构与应用

IR2110的内部功能框图如图4所示。它由三个部分组成：逻辑输入，电平平移及输出保护。

图4 IR2110内部功能框图

IR2110具有独立的低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达600V，在15V下静态功耗仅116mW；输出的电源端（脚3Vcc，即功率器件的栅极驱动电压）电压范围10～20V；逻辑电源电压范围（脚9VDD）3.3～20V，可方便地与TTL或CMOS电平相匹配，而且逻辑电源地和功率地之间允许有±5V的偏移量；工作频率高，可达100kHz；开通、关断延迟小，分别为120ns和94ns；图腾柱输出峰值电流为2A。

下面分析高压侧悬浮驱动的自举原理。

IR2110用于驱动半桥的电路如图5所示。图中C1及VD1分别为自举电容和二极管，C2为Vcc的滤波电容。假定在S1关断期间C1已充到足够的电压（Vc1≈Vcc）。当脚10（HIN）为高电平时VM1开通，VM2关断，Vc1加到S1的门极和发射极之间，C1通过VM1，Rg1和S1栅极－发射极电容Cge1放电，Cge1被充电。此时Vc1可等效为一个电压源。当脚10（HIN）为低电平时，VM2开通，VM1断开，S1栅电荷经Rg1，VM2迅速释放，S1关断。经短暂的死区时间（td）之后，脚12（LIN）为高电平,S2开通，Vcc经VD1，S2给C1充电，迅速为C1补充能量。如此循环反复。

图5 IR2110用于驱动半桥的电路

IR2110的不足是保护功能不够及其自身不具有负偏压。为此，给它外加了一个负偏压电路，具体见图6。

图6 采用IR2110驱动电路

3 应用UC3637和IR2110构成控制驱动电路

图6是IR2110构成的驱动电路。由图6可见用两片IR2110可以驱动一个逆变全桥电路，它们可以共用同一个驱动电源而不须隔离，使驱动电路极其简化。IR2110本身不能产生负偏压。由驱动电路可见本电路在每个桥臂各加了负偏压电路，以左半部为例，其工作过程如下：VDD上电后通过R1给C1充电，并在VW1的钳位下形成＋5.1V电压Vc1，当IR2110的脚1（LO）输出为高电平时，下管有（VDD－5.1）V的驱动电压，同时在下管关断时下管的栅源之间形成一个－5.1V的偏压；下管开通同时脚1（LO）输出高电平通过Rg2，R2开通MOSFET让C3进行充电;当IR2110的脚7（HO）输出为高电平时，由C3放电提供上管开通电流，同时给C2充电并由VW2钳位＋5.1V，下管关断时Vc2即形成负偏压。为了只用IR2110的保护功能，把脚11（SD）端接地。

图7是用UC3637产生PWM波的电路。由图7可知，这是一个开环小信号放大电路，因为，小信号的电压幅值相对三角波幅值过低，所以，小信号先经过 UC3637本身的Error运算放大器进行放大，使其幅值约等于三角波的幅值。本电路没有利用UC3637做死区，而是单独作了一个死区延时。然后把放大的信号直接和三角波进行比较，分别在UC3637的脚4及脚7输出反相的SPWM波，经过死区延时电路、滤杂波电路、隔离电路送到IR2110驱动芯片。

图7 采用UC3637的PWM产生电路

设计电路应注意以下问题：

1）UC3637的RT和CT要适当选择，避免RT上的电流过大，损坏片子；

2）驱动电路中C2值要远远大于上管的栅源极之间的极间电容值；

3）IR2110的自举元件电容的选择取决于开关频率，VDD及功率MOSFET的栅源极的充电需要，二极管的耐压值必须高于峰值电压，其功耗应尽可能小并能快速恢复；

4）IR2110的驱动脉冲上升沿取决于Rg，Rg值不能过大以免使其驱动脉冲的上升沿不陡，但也不能使驱动均值电流过大以免损坏IR2110；

5）当PWM产生电路是模拟电路时可以直接把信号接到IR2110；当用采数字信号时要考虑隔离；

6）注意直流偏磁问题。

4 实验结果

由一个信号发生器模拟输入，UC3637产生63kHz的三角波，直流母线电压是220V。本电路分别在假性负载和压电陶瓷负载下做实验，输出端输出很好的放大信号。

图8是在实验室做单频正弦输入信号上下功率MOSFET的驱动波形，图9是逆变桥的输出。图10也是输出波形（时间参数变化），图11是M=0.1时带假性负载的负载波形。

图8 上下开关管驱动波形

图9 逆变桥输出波形（量程所限）

图10 逆变桥输出波形

图11 负载波形

真正的信号是一个随机的信号，负载是一个压电换声器，本电路在M≌1.0，变压器变比为1∶7时，能使小信号放大到峰值3.2kV，输出有效值能到680V，放大信号失真很小，满足技术要求。由于高压示波器没有接口，而未能把负载两端的波形拍出来。

5 结语

1）UC3637采用为数不多的集成电路，就可构成一个完整的逆变控制电路，控制电路简单、实用，硬件投资不高，使用证明性能稳定，可靠；

2）UC3637和IR2110具有很高的抗干扰性能，一片IR2110在较大功率下可安全驱动功率MOSFET或IGBT的半桥；

3）由于IR2110具有双通道驱动特性，且电路简单，使用方便，价格相对EXB841便宜，具有较高的性价比。

摘要：简要分析了UC3637双PWM控制器和IR2110的特点，工作原理。由UC3637和IR2110共同构建一种高压大功率小信号放大电路，并通过实验验证了其可行性。
关键词：小信号放大器；双脉宽调制；悬浮驱动；高压大功率
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引言
现有的很多小信号放大电路都是由晶体管或MOS管的放大电路构成，其功率有限，不能把电路的功率做得很大。随着现代逆变技术的逐步成熟，尤其是SPWM逆变技术，使信号波形能够很好地在输出端重现，并且可以做到高电压，大电流，大功率。SPWM技术的实现方法有两种，一种是采用模拟集成电路完成正弦调制波与三角波载波的比较，产生SPWM信号；另一种是采用数字方法。随着应用的深入和集成技术的发展，已商品化的专用集成电路（ASIC）和专用单片机（8X196/MC/MD/MH）以及DSP，可以使控制电路结构简化，集成度高。由于数字芯片一般价格比较高，所以在此采用模拟集成电路。主电路采用全桥逆变结构，SPWM波的产生采用UC3637双PWM控制芯片，并采用美国IR公司推出的高压浮动驱动集成模块IR2110，从而减小了装置的体积，降低了成本，提高了系统的可靠性。经本电路放大后，信号可达3kV，并保持了良好的输出波形。
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UC3637的原理与基本功能
UC3637的原理框图如图1所示。其内部包含有一个三角波振荡器，误差放大器，两个PWM比较器，输出控制门，逐个脉冲限流比较器等。
图1
UC3637原理框图
UC3637可单电源或双电源工作，工作电压范围±（2.5～20）V，特别有利于双极性调制；双路PWM信号，图腾柱输出，供出或吸收电流能力100mA；逐个脉冲限流；内藏线性良好的恒幅三角波振荡器；欠压封锁；有温度补偿；2.5V阈值控制。
UC3637最具特色的是三角波振荡器，三角波产生电路如图2所示。三角波参数按式（1）及式（2）计算。
Is=（1）
f=（2）
式中：VTH为三角波峰值的转折（阈值）电压；
Vs为电源电压；
RT为定时电阻；
CT为定时电容；
Is为恒流充电电流；
f为振荡频率。
图2
三角波产生电路
UC3637具有一个高速、带宽为1MHz、输出低阻抗的误差放大器，既可以作为一般的快速运放，亦可作为反馈补偿运放。UC3637实现其主要功能的就是两个PWM比较器，实现电路如图3所示。其他还有如欠压封锁，2.5V阈值控制等功能，这些功能在应用电路中也给予实现。
图3
PWM产生电路
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IR2110的结构与应用
IR2110的内部功能框图如图4所示。它由三个部分组成：逻辑输入，电平平移及输出保护。
图4
IR2110内部功能框图
IR2110具有独立的低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达600V，在15V下静态功耗仅116mW；输出的电源端（脚3Vcc，即功率器件的栅极驱动电压）电压范围10～20V；逻辑电源电压范围（脚9VDD）3.3～20V，可方便地与TTL或CMOS电平相匹配，而且逻辑电源地和功率地之间允许有±5V的偏移量；工作频率高，可达100kHz；开通、关断延迟小，分别为120ns和94ns；图腾柱输出峰值电流为2A。
下面分析高压侧悬浮驱动的自举原理。
IR2110用于驱动半桥的电路如图5所示。图中C1及VD1分别为自举电容和二极管，C2为Vcc的滤波电容。假定在S1关断期间C1已充到足够的电压（Vc1≈Vcc）。当脚10（HIN）为高电平时VM1开通，VM2关断，Vc1加到S1的门极和发射极之间，C1通过VM1，Rg1和S1栅极－发射极电容Cge1放电，Cge1被充电。此时Vc1可等效为一个电压源。当脚10（HIN）为低电平时，VM2开通，VM1断开，S1栅电荷经Rg1，VM2迅速释放，S1关断。经短暂的死区时间（td）之后，脚12（LIN）为高电平,S2开通，Vcc经VD1，S2给C1充电，迅速为C1补充能量。如此循环反复。
图5
IR2110用于驱动半桥的电路
IR2110的不足是保护功能不够及其自身不
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房县13116871757： MOS管驱动芯片的工作原理?(以IR2110为例) - ？
官骨蓓乐： 摘要:简要分析了UC3637双PWM控制器和IR2110的特点,工作原理.由UC3637和IR2110共同构建一种高压大功率小信号放大电路,并通过实验验证了其可行性. 关键词:小信号放大器;双脉宽调制;悬浮驱动;高压大功率 0 引言 现有的很...

房县13116871757： MOS管的工作原理是怎样的? - ？
官骨蓓乐： 简单的说MOS管通过沟道导电,沟道上的栅极偏压不同可以控制沟道导电电阻,从而达到饱和导通或者完全关闭(夹断).具体的在模拟电子线路或者半导体技术的书上讲的详细.

房县13116871757： MOS管有哪些作用,工作原理是什么? - ？
官骨蓓乐： 作用 目前主板或显卡上所采用的MOS管并不是太多,一般有10个左右,主要原因是大部分MOS管被整合到IC芯片中去了.由于MOS管主要是为配件提供稳定的电压,所以它一般使用在CPU、AGP插槽和内存插槽附近.其中在CPU与AGP插槽...

房县13116871757： 求高手分析下这个mos管驱动电路的原理,主要讲解下两个电阻的选型 - ？
官骨蓓乐： 这是一个电机驱动电路,MOS管在这起了一个开关的作用.这是两个N沟道增强型CMOS管,在其栅极施加正电压将形成导电沟道,MOS管的漏-源极呈现低阻状态,相当于开关接通,电机转动.由于该类型管子的输入电阻极大,如果不是工作在高频状态,对电阻选择要求不高,R24、R26数百欧姆到数K欧姆都可以,R25、R27在10K-20K范围也都可以.

房县13116871757： 对于从来没接触过电子电路的人,怎么样才能更好理解MOS管工作原理 - ？
官骨蓓乐： 我个人理解,你按下面的顺序进行学习:1、深刻理解PN结的形成和含义,从半导体物理特性开始,而不是仅仅停留在知道PN结有单向导电性和电容特性上.很多人对这方面不重视,但在我看来,归根到底,模电学不好,就是跟前面的物理基...

房县13116871757： 如何保证驱动芯片的稳定供电 - ？
官骨蓓乐： 两方面:1、要有稳定的电源 2、可靠的电源驱动 就可以

房县13116871757： 这个电路图MOS管是怎么驱动的 - ？
官骨蓓乐： 1. Q5为NMOS管,R12为限流电阻(或是偏置电阻),源漏之间的二极管为保护二极管. 2. 源极接地,电压为0,当栅极(即图中右眼驱动1)的电压大于开启电压Vth(一般为0.7V)时,就可在源漏之间形成导电沟道,产生电流. 3. 栅极未加...

房县13116871757： 高分悬赏!谁能用最通俗的语言给我讲清楚MOS管的主要功用,及工作原理 - ？
官骨蓓乐： MOS管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数管子在出厂前已连接好).增强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结.主板上的PWM(Plus Width Modulator,脉冲宽度调制器)芯片产生一个宽度可调的脉冲波形,这样可以使两只MOS管轮流导通.当负载两端的电压(如CPU需要的电压)要降低时,这时MOS管的开关作用开始生效,外部电源对电感进行充电并达到所需的额定电压.当负载两端的电压升高时,通过MOS管的开关作用,外部电源供电断开,电感释放出刚才充入的能量,这时的电感就变成了“电源”,当栅-源电压vGS=0时,即使加上漏-源电压vDS,而且不论vDS的极性如何,总有一个PN结处于反偏状态,漏-源极间没有导电沟道

房县13116871757： 什么是MOS场效应管? - ？
官骨蓓乐： 场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管.由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管.它属于电压控制型半导体器件.具有输入电阻高(10^8~10^9Ω)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现...

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