摘要：IR2304是美國IR公司生產(chǎn)的新一代半橋驅(qū)動集成芯片，該芯片內(nèi)部集成了互相獨立的控制驅(qū)動輸出電路，可直接驅(qū)動兩個中功率半導(dǎo)體器件如MOSFET或IGBT，動態(tài)響應(yīng)快，驅(qū)動能力強(qiáng)，工作頻率高，且具有多種保護(hù)功能。文中介紹了IR2304的功能特點、工作原理和典型應(yīng)用電路。

關(guān)鍵詞：半橋驅(qū)動集成電路；IR2304；三相橋式逆變器

１ ＩＲ２３０４的功能特點

ＩＲ２３０４是國際整流器公司（ＩＲ）新推出的多功能６００Ｖ高端及低端驅(qū)動集成電路，這種適于功率ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ驅(qū)動的自舉式集成電路在照明鎮(zhèn)流器、電源及電機(jī)等功率驅(qū)動領(lǐng)域中將獲得廣泛的應(yīng)用。ＩＲ２３０４的性能特點如下：

（１）芯片體積小（ＤＩＰ８），集成度高（可同時驅(qū)動同一橋臂的上、下兩只開關(guān)器件）；

（２）動態(tài)響應(yīng)快。典型通斷延遲時間２２０／２２０ｎｓ、內(nèi)部死區(qū)時間１００ｎｓ、匹配延遲時間５０ｎｓ；

（３）驅(qū)動能力強(qiáng)，可驅(qū)動６００Ｖ主電路系統(tǒng)。具有６０ｍＡ／１３０ｍＡ輸出驅(qū)動能力，柵極驅(qū)動輸入電壓寬達(dá)１０～２０Ｖ；

（４）工作頻率高?？芍С郑保埃埃耄龋蛞韵碌母哳l開關(guān)，可與ＩＲＦ８３０或ＩＲＦＢＣ３０等較小巧的ＭＯＳＦＥＴ或ＩＧＢＴ配合使用；

（５）輸入輸出同相設(shè)計。提供高端和低端獨立控制驅(qū)動輸出，可通過兩個兼容３．３Ｖ、５Ｖ和１５Ｖ輸入邏輯的獨立ＣＭＯＳ或ＬＳＴＴＬ輸入來控制，為設(shè)計帶來了很大的靈活性；

（６）低功耗設(shè)計，堅固耐用且防噪效能高。ＩＲ２３０４采用高壓集成電路技術(shù)，整合設(shè)計既降低成本和簡化電路，又降低設(shè)計風(fēng)險和節(jié)省電路板的空間。相比于其它分立式、脈沖變壓器及光耦解決方案，ＩＲ２３０４更能節(jié)省組件數(shù)量和空間，并提高可靠性；

（７）具有電源欠壓保護(hù)和關(guān)斷邏輯。ＩＲ２３０４有兩個非倒相輸入及交叉?zhèn)鲗?dǎo)保護(hù)功能，整合了專為驅(qū)動電機(jī)的半橋ＭＯＳＦＥＴ或ＩＧＢＴ電路而設(shè)的保護(hù)功能。當(dāng)電源電壓降至４．７Ｖ以下時，欠壓鎖定 ＵＶＬＯ 功能會立即關(guān)掉兩個輸出，以防止穿通電流及器件故障。當(dāng)電源電壓大于５Ｖ時則會釋放輸出 綜合滯后一般為０．３Ｖ。過壓（ＨＶＩＣ）及防閉鎖ＣＭＯＳ技術(shù)使ＩＲ２３０４非常堅固耐用。

另外，ＩＲ２３０４還配備有大脈沖電流緩沖級，可將交叉?zhèn)鲗?dǎo)減至；同時采用具有下拉功能的施密特（Ｓｃｈｍｉｔｔ） 觸發(fā)式輸入設(shè)計，可有效隔絕噪音，以防止器件意外開通。

ＩＲ２３０４采用８腳ＤＩＰ或ＳＯＩＣ封裝，其引腳排列如所示。該芯片與其它同類產(chǎn)品的特性比較見表１，從表１可看出ＩＲ２３０４比同類其它產(chǎn)品特性更優(yōu)越，集成度更高。
ＩＲ２３０４各引腳的功能及推薦工作參數(shù)如表２所列。

表1 IR2106/2301/2108/2109/2302/2304特性比較

表2 IR2304推薦的工作參數(shù)

２　ＩＲ２３０４的工作原理

ＩＲ２３０４的典型接線如所示，圖中ＶＣＣ為１０～２５Ｖ功率管門極驅(qū)動電源，可用ＴＴＬ或ＣＭＯＳ邏輯信號作為輸入，因此ＶＣＣ可用一個典型值為＋１５Ｖ的電源。Ｃ２為自舉電容，當(dāng)ＶＴ１關(guān)斷、ＶＴ２開通時，ＶＣＣ經(jīng)ＶＤ、Ｃ２、負(fù)載、ＶＴ２給Ｃ２充電，以確保ＶＴ２關(guān)斷、ＶＴ１開通時，ＶＴ１管的柵極靠Ｃ２上足夠的儲能來驅(qū)動，從而實現(xiàn)自舉式驅(qū)動。若負(fù)載阻抗較大，Ｃ２經(jīng)負(fù)載降壓充電較慢，使得當(dāng)ＶＴ２關(guān)斷、ＶＴ１開通時Ｃ２上的電壓仍不能充電至自舉電壓８．２Ｖ以上時，輸出驅(qū)動信號會因欠壓被片內(nèi)邏輯封鎖，ＶＴ１就無法正常工作。每個周期ＶＴ１開關(guān)，Ｃ２就通過開關(guān)ＶＴ２充電。因此，Ｃ２的容量選擇應(yīng)考慮如下幾點：

（１）Ｃ２應(yīng)為高穩(wěn)定、低串聯(lián)電感、高頻率特性的優(yōu)質(zhì)電容，容量為０．１～１μＦ。

（２）盡量使自舉上電回路不經(jīng)大阻抗負(fù)載，否則應(yīng)為Ｃ２充電提供快速充電通路。

（３）ＰＷＭ開關(guān)頻率較高時，Ｃ２應(yīng)選小。當(dāng)ＰＷＭ工作頻率較低時，若占空比較高，則ＶＴ１開通時間較長，ＶＴ２開通時間較短，因此Ｃ２應(yīng)選小；若占空比較低，ＶＴ１導(dǎo)通脈寬較窄，則ＶＴ２導(dǎo)通脈寬較寬，自舉電壓容易滿足。否則，在有間內(nèi)無法達(dá)到自舉電壓，從而造成欠壓保護(hù)電路工作。因此，Ｃ２的選擇應(yīng)綜合考慮ＰＷＭ變化的各種情況，在調(diào)試時監(jiān)測ＨＯ、ＶＳ腳的波形。
３ 三相橋式逆變電路

由ＩＲ２３０４組成的三相橋式逆變器的硬件結(jié)構(gòu)如所示。對于由六個功率元件構(gòu)成的三相橋式逆變器來說，采用三片ＩＲ２３０４驅(qū)動三個橋臂是中小型功率變換的理想選擇。

該逆變電路中的主電路可將直流電壓（＋ＤＣ）逆變?yōu)槿嘟涣鬏敵鲭妷海煟铡ⅲ?、Ｗ。該直流電壓（＋ＤＣ）來自三相橋式整流電路，逆變電路功率元件?yīng)選用耐壓為１０００Ｖ的ＩＧＢＴ元件。

逆變器中的驅(qū)動電路使用的就是１０００Ｖ的ＩＲ２３０４。由于三相逆變器每個周期總有一個上下管導(dǎo)通，故上管自舉電容容易充電，三個上管自舉電路可有序工作。但ＩＲ２３０４使用不當(dāng)，尤其是自舉電容選擇不好，易導(dǎo)致芯片損壞或不能正常工作。電容Ｃ１、Ｃ２和Ｃ３分別為三路高端輸出的供電電源的自舉電容。單電源＋１５Ｖ供電電壓經(jīng)二極管隔離后又分別作為其三路高端驅(qū)動輸出的供電電源，這樣一來大大減小了控制變壓器體積并減少了電源數(shù)目，從而降低了產(chǎn)品成本，提高了系統(tǒng)可靠性。

通過電路中的ＰＷＭ控制器可為逆變器提供六路控制信號。一些模擬電路或數(shù)字電路的ＰＷＭ的產(chǎn)生都通過專用芯片來實現(xiàn)，如三相ＰＷＭ發(fā)生器ＳＡ８２８２。為了提高ＰＷＭ的輸出質(zhì)量和可靠性，以高性能單片機(jī)和數(shù)字信號處理（ＤＳＰ）等為控制來構(gòu)成整個系統(tǒng)。如德州儀器ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０ｘＤＳＰ內(nèi)部自帶的事件管理器模塊專門用來產(chǎn)生ＰＷＭ。它們大部分是在１６位單片機(jī)或ＤＳＰ的基礎(chǔ)上增加部分特殊的控制功能來構(gòu)成專用的集成電路，應(yīng)用在各種開關(guān)電源、交直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中。以ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０ｘＤＳＰ為的典型數(shù)字控制電機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)原理框圖如所示。實驗和調(diào)試結(jié)果表明，利用ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７ＤＳＰ事件管理器模塊的波形發(fā)生器輸出的方波可簡化系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)，同時其ＰＷＭ波形的質(zhì)量和可靠性也很好。

４　注意事項

用ＩＲ２３０４設(shè)計逆變器時，應(yīng)注意以下幾點：

（１）當(dāng)自舉電壓不容易滿足要求時，可以取掉ＶＤ，直接給ＶＢ、ＶＳ加另一個１０～２５Ｖ隔離電源，但這一作法沒有充分利用ＩＲ２３０４應(yīng)有的資源和特點。對于全橋型逆變器，無需經(jīng)過負(fù)載充電，這種形式的自舉工作僅是Ｃ２選擇問題。
（２）若使用自舉技術(shù)產(chǎn)生ＶＢ時，則接于引腳Ｖｃｃ與ＶＢ間的二極管ＶＤ應(yīng)為超快恢復(fù)二極管，其反向耐壓要大于６００Ｖ。

（３）芯片中的輸入控制邏輯電路還為同一橋臂的高端和低端提供了死區(qū)時間，以避免同一橋臂上被驅(qū)動功率元件在開關(guān)轉(zhuǎn)換過渡期間同時導(dǎo)通。

（４）驅(qū)動電路輸出串接電阻阻值一般應(yīng)在 １０～３３Ω，而對于小功率器件，串接電阻應(yīng)該增加到３０～５０Ω。

（５）驅(qū)動電路與被驅(qū)動功率器件的距離應(yīng)盡可能短，連接線應(yīng)盡可能使用雙絞線或同軸電纜屏蔽線。

（６）可使用高頻高速光耦合器件，如６Ｎ１３６、４Ｎ２５等將控制部分（中的ＰＷＭ控制器）與由ＩＲ２３０４構(gòu)成的驅(qū)動電路隔離，使控制電路的邏輯地和驅(qū)動電路的邏輯地相互獨立，以此來增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。

（７）在具體應(yīng)用電路設(shè)計中可根據(jù)實際需要靈活變更外圍電路，以滿足使用需求。