技术领域
[0001] 本
发明涉及一种三相功率驱动电路，特别涉及一种基于IR2130的三相桥式功率驱动电路，属于电路技术领域。
背景技术
[0002] 在传统的三相桥式电路中，主电路功率
开关器件常采用IGBT或MOSFET等全控型器件，IGBT、MOSFET都为MOS
门极器件，它对门极驱动电路的要求有以下几点：
[0003] 1.门极驱动电路输出的驱动
信号相对源极幅值在±10V～±15V之间，以保证被驱动MOS门功率器件饱和导通或可靠关断。
[0004] 2.门极驱动电路的输出阻抗要尽可能的低，以使被驱动的门极电容快速充放电，使被驱动MOS门功率器件快速导通或关断，以减少
开关损耗。
[0005] 3.门极驱动电路应具有悬浮输出功能，可同时驱动高压侧与低压侧的MOS门功率器件。
[0006] 4.门极驱动电路应具有很好的
频率特性，在最高工作
电压及频率之下，其自身损耗较少。
[0007] 5.在被驱动功率器件过流、
短路或门极驱动电路自身电源过电压或欠电压时，门极驱动电路能对被驱动MOS门功率器件进行快速有效的保护。
[0008] 6.门极驱动电路要尽可能的简单，其分布参数要尽可能的小。
[0009] 应用分立器件来构成满足上述要求的驱动电路是至今常用的方法之一。由于分立元件的
温度漂移性，版图排列的分布参数等问题难以很好解决，加之每一个MOS门功率器件需一个门极驱动电路，多功率MOS门器件系统应用这种驱动电路复杂而庞大，使应用受到了极大限制。构成MOS门功率器件驱动电路的另一个有效办法是采用目前国内市场上可买到的集成电路芯片——如IR2110，EXB840等等，这些器件的优点在于简化了驱动电路的设计，但每一个芯片仍需一到两个悬浮电源，且每片电路仅可驱动一到两只MOS门功率器件，对三相全桥功率电路，驱动电路独立电源数较多，应用仍有不便。
发明内容
[0010] 本发明的目的：本发明对传统的三相桥式电路结构原理进行改进，减少分立元器件数量，简化门极驱动电路结构，减少驱动电路独立电源数，提高功率器件导通可靠性。
[0011] 实现本发明目的的技术解决方案为：
[0012] 一种三相功率驱动电路，其特征是，包括方波发生器、时序
控制器及功率驱动电路，其中，功率驱动电路中包括功率
驱动器IR2130及六个功率管；
[0013] 方波发生器发出方波信号，作为时序控制器的
时钟信号；
[0014] 时序控制器产生三路方波信号，输入到功率驱动器IR2130；
[0015] 功率驱动器IR2130收到时序控制器产生的方波信号，对其进行译码，产生三相上、下桥臂六路驱动
控制信号，施加到六个功率管上，使功率管产生三相功率驱动信号。
[0016] 所述方波发生器中包括
石英晶体振荡器和CD4060B计数器，由CD4060B计数器对石英
晶体振荡器产生的频率信号进行分频，输出方波信号至时序控制器。
[0017] 所述方波发生器发出频率2.4kHz、低电平0V、高电平5V的方波信号。
[0018] 所述时序控制器中包括三路D触发器和三输入与门，三路D触发器的输出端连接至三输入与门的输入端。
[0019] 三个D触发器
输出信号分别为Q1、 Q2、 Q3、 三输入与门
输入信号为三输入与门的输出信号作为三个D触发器的清零端。
[0020] 所述时序控制器产生频率400Hz、
相位差为120度的三路方波信号。
[0021] 本发明所达到的有益效果：
[0022] 本发明基于功率驱动芯片IR2130实现，具有集成度高、多路输出、单电源驱动等优点，大大降低了电路设计的复杂度。IR2130固有的死区时间保证同一相上下桥臂两个功率管不会同时导通，提高了系统的可靠性。本三相功率驱动电路采用大功率开关管，具有大功率输出功能。
附图说明
[0023] 图1三相功率驱动电路原理图。
[0024] 图2方波发生器原理图。
[0025] 图3时序控制器原理图。
[0026] 图4HIN1HIN2HIN3状态转换图。
[0027] 图5三相功率驱动电路原理图。
[0028] 图6三相输出时序图。
具体实施方式
[0029] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下
实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0030] 本三相功率驱动电路由方波发生器、时序控制器及三相功率驱动电路组成，如图1所示。其中，方波发生器由石英晶体振荡器和CD4060B计数器组成，时序控制器由三路D触发器和三输入与门组成，三相功率驱动电路由功率驱动器IR2130及六个功率管输出电路组成。
[0031] 电路工作过程如下：方波发生器发出频率2.4kHz，低电平0V，高电平5V的方波信号，作为时序控制器的时钟信号。时序控制器产生频率400Hz，
相位差为120度的三路方波信号，输入到功率驱动器IR2130。IR2130接收到此信号，对其进行译码，产生三相上、下桥臂六路驱动控制信号，六路驱动控制信号经过外围
电阻，施加到六个开关管上，使其产生三相功率驱动信号。下面具体介绍各部分电路的设计过程。
[0032] 1.方波发生器设计
[0033] 图2中，CD4060B是一个分频计，输出频率与输入频率关系如下：f(Qn)＝f(CKI)/2n，当n＝12时，f(Q12)＝f(CKI)/212＝9.8304MHz/212＝2.4kHz。输出的CLK时钟信号是频率
2400Hz，低电平0V，高电平5V的方波信号，用作后级电路的输入信号。
[0034] 2.时序控制器设计
[0035] 时序控制器的作用是给后级三相功率驱动电路提供六路输入控制信号，如图3所示。其中，CLK是方波发生器输出的2400Hz时钟信号；HIN1、HIN2、HIN3是频率400Hz，低电平0V，高电平5V，相位差120度的三相方波信号。LIN1、LIN2、LIN3分别与HIN1、HIN2、HIN3相位相反。
[0036] 图3中，三个D触发器CD4013B分别编号D1、D2、D3。三输入与门CD4073B编号D4。为便于分析，把D1输出信号编号Q1、 D2输出信号编号Q2、 D3输出信号编号Q3、 由图3可见，三输入与门输入信号为 输出信号作为三个D触发器的清零端。根据D1、D2、D3的连线关系，各输出信号满足驱动方程：
[0037]
[0038] Q2(n+1)＝Q1(n) (2)
[0039] Q3(n+1)＝Q2(n) (3)
[0040] 由图3可见， HIN2＝Q2， 任何时候，HIN1HIN2HIN3有000～111八种状态。
[0041] 当 时，根据公式(1)～(3)可得
[0042] 当 时 ，三 输入 与门 输 入输出信号R＝1，使三个D触发器清零，即Q1Q2Q3(n+1)＝000，故
[0043] 然后根据公式(1)～(3)，依此类推。HIN1HIN2HIN3的状态转换图如图4所示。可见，电路
稳定运行后，HIN1HIN2HIN3在101、001、011、010、110、100这六个状态间不断转换，使HIN1、HIN2、HIN3变成输入时钟六分频，即频率400Hz，相位差120度的三相方波信号。
[0044] 3.三相功率驱动电路设计
[0045] 三相功率驱动电路结构如图5所示。其中，LIN1、LIN2、LIN3、HIN1、HIN2、HIN3是前级提供的输入信号，A、B、C是三相功率驱动信号。IR2130同时控制六个功率管V1～V6的导通和关断，通过输出HO1～HO3分别控制三相全桥驱动电路的上半桥V1～V3，输出LO1～LO3分别控制三相全桥驱动电路的下半桥V4～V6。为防止上下桥臂功率管的直通，HO1～HO3与LO1～LO3之间有2μs死区时间。
[0046] IR2130除集成了一个全桥的驱动器以外，还设计了自举功能。自举电路主要由自举
二极管V7～V9和自举电容C13～C15组成。当下桥臂功率开关器件导通时，管脚VS1～VS3被拉到地电位，VCC电源通过自举二极管给自举电容充电，因此管脚VB1～VB3与管脚VS1～VS3之间产生一个接近于VCC的电势差；当上桥臂功率开关器件导通时，管脚VS1～VS3的电压变成主电路
电源电压VDC，由于电容两端电压不能突变，管脚VB1～VB3与管脚VS1～VS3之间的电压差维持VCC不变，故管脚VB1～VB3相对于功率地的电压相应地变成VDC+VCC，使功率管栅源极间压差为VCC，从而维持功率管的可靠导通。
[0047] 当IR2130的HIN1～HIN3输入相位差为120的方波信号、LIN1～LIN3输入分别与HIN1～HIN3相反的信号时，HO1～HO3、LO1～LO3的时序图如图6所示。A、B、C三点的电位取决于V1～V6功率管的导通状态，在HO1～HO3和LO1～LO3的控制下，功率管V1～V6轮流导通，在一个方波周期内有六种不同的导通状态，每个导通状态所占的时间为方波周期的1/6。为方便分析，把一个方波周期均分为六个阶段，分别编号为阶段1～阶段6，如图6所示。在阶段1，HO1＝1，HO2＝1，HO3＝0，LO1＝0，LO2＝0，LO3＝1，因此，V1V2V6导通，而V3V4V5关断。依此类推，在阶段2～阶段5，导通的功率管分别为V4V2V6、V4V2V3、V4V5V3、V1V5V3、V1V5V6。在V1导通期间，A点电位为VDC，在V4导通期间，A点电位为0，由此可推导出A点在整个周期内的电位。类似地，推导出B、C点在整个周期内的电位。由图6可见，最终电路输出A、B、C是高电平为
母线电压VDC、相位差120的三相电源信号，具有大
电流输出能
力，可用于很多使用三相电源的场合，例如用于驱动无刷直流
电机的运行。
[0048] 本发明的基于IR2130的三相桥式功率驱动电路，IR2130内部设有自举式悬浮电路，只需要一个供电电源即可驱动三相桥式电路的六个功率开关器件，使系统设计极为简化。
[0049] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和
变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
