IR2110驱动MOS IGBT组成H桥原理与驱动电路分析

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1、IR2110驱动MOSIGBT组成H桥原理与驱动电路分析3.3电机驱动模块设计3.3.1H桥工作原理及驱动分析要控制电机的正反转，需要给电机提供正反向电压，这就需要四路开关去控制电机两个输入端的电压。H桥驱动原理等效原理图图如图3-5所示，当开关S1和S3闭合时，电流从电机左端流向电机的右端，设此时的旋转方向为正向；当开关S2和S4闭合时，电流从电机右端流向电机左端，电机沿反方向旋转。S1S4MMotorS2S3GND图3-5H桥驱动原理等效电路图常用可以作为H桥的电子开关器件有继电器，三极管，MOS管，IGBT管等。普

2、通继电器属机械器件，开关次数有限，开关频率上限一般在30HZ左右，而且继电器内部为感性负载，对电路的干扰比较大，但继电器可以把控制部分与被控制部分分开，实现由小信号控制大信号，所以高压控制中一般会用到继电器。三极管属于电流驱动型器件，设基极电流为IB，集电极电流为IC，三极管的放大系数为β，电源电压VCC，集电极偏置电阻RC，如果IB*β>=IC,则三极管处于饱和状态，可以当作开关使用，集电极饱和电流IC=VCC/RC，由此可见集电极的输出电流受到RC的限制，不适合应用于电流要求较高的场合。MOS管属于电压驱动型器件，对

3、于NMOS来说，只要VDS≥VGS-VT即可实现NMOS的饱和导通，MOS管开启与关断的能量损失仅是对栅极和源极之间的寄生电容的充放电，对MOS管驱动端要求不高，同时MOS端可以做到很大的电流输出，因此一般用于需要大电流的场所。IGBT则是结合了三极管和MOS管的优点制造的器件，一般用于高压控制电路中。综合考虑，本设计选用了4只NMOS管IRF3205组成H桥，其具有导通电阻RDS小，官方数据手册显示仅为8.0毫欧，电流ID可以达到110A等优点。NMOS组成的H桥模型如图3-6所示。Q1Q2FMMotorQ3Q4GND

4、图3-6NMOS管构成的H桥模型结合图3-6来分析讨论H的驱动问题。首先分析由Q1和Q4组成的通路，当Q1和Q4关断时，F点的电位处于“悬浮”状态，即不确定电位，Q2和Q3也关断。在打开Q4之前，先打开Q1,给Q1的G极12V的电压，由于F点“悬浮”状态，则F点可以是任何电平，不能保证前面说的栅极电压高于源极电压，这样可能导致Q1打开失败；在打开Q4之后，尝试打开Q1,在Q1打开之前，F点为低电位，给Q1的G极加上12V电压，Q1打开，由于Q1饱和导通，F点的电平等于电源电压，此时Q1的G极电压小于Q1的S极电压，Q1关

5、断，Q1打开失败。Q2和Q3的情况与Q1和Q4相似。要打开由NMOS构成的H桥的上管，必须处理好F点（也就是上管的S极）的“悬浮”问题。由于NMOS的S极一般接地，所有构成H桥的上管S极称为“浮地”。要使上管NMOS饱和打开，必须使上管的G极相对于浮地有10-15V的电压差，所以本设计采用IR2110悬浮驱动[1]NMOS管方案，可以有效的解决上管的S极的“悬浮”问题。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

6、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。12VVCC24V/16VR?C3D12Q227C41IRF320510uF104U18HO11C5VDD37VBU3C61uF/16VVS5612CTRHIn12V13SD14

7、74HC14LIn3VCC2Q3152R?1IRF3205VSSCOM27IR21101LO3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

8、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