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国产半桥驱动芯片SLM2110S试用记
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2018/11/15 09:06:56
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萧山老寿[荣誉版主]
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    IR公司的IR2110S,是一片非常成熟的半桥驱动芯片,大量应用于半桥或全桥开关电源或逆变电源上。我在300-3000W的逆变器上曾用过很多,性能一直不错,电路简单,驱动卡可以做得很小,且短路保护功能十分好用,只要你前面的保护电路设计得当,一般都可以工作得非常可靠,我从来没有因为2110S的原因烧毁过H桥。
前些日子,在朋友的介绍下,我拿到了一款国产的 2110S,全名是:SLM2110S。芯片封装和IR2110S完全一样,引脚位置也完全一样,也就是说,可以直接代替IR2110S使用。试着探问了一下价格,据说比IR原厂的可以便宜20%左右,在现在成本竞争十分激烈的年代,这个实在太有吸引力了,所以,我打算做一番实际应用测试。
因为没有得到厂家的内部结构图,所以只得先从厂家提供的pdf文档入手,大致了解一下芯片的硬指标。

下图是 IR2110S的主要指标:耐压500V,驱动电流2A,


    下面是 SLM2110S的主要指标:耐压600V,驱动电流达2.5A,比IR2110S还要稍微大一点。只是开通关断时间略长一点。而最大延时,这二个芯片也一样。


    下图为外观封装照片,封装规格和 IR2110S完全一样:


下图为IR2110S典型应用原理图,因为可以直接替换,所以,SLM2110S的测试线路可以不用新开发,而直接在原IR2110S的驱动卡上替换测试。


上图中左边是SPWM信号发生器,使用的是EG8010,这个芯片大家都非常熟悉,这里不再详谈了。右边上图IC3是H桥高频半桥驱动电路,右边下图IC4是低频半桥驱动电路。二个2110S的13脚是来自短路和过载保护电路的关断信号,当H桥的负载出现异常时,来自保护电路的关断信号能迅速关断驱动器的SPWM输出,起到保护H桥的作用。因为2110S内部的输出级也是采用半桥输出电路,所以,输出级的上管供电采用了自举供电方式,在2110S的外围电路中各有一组自举电源,如上图中的D2,C10和D3,C15,其工作原理这里不再分析了。


这次测试是在一台2500W的逆变器上进行的,驱动的功率管是K75T60,最大功率可以到3000W,K75T60的输入电容参数见下表:


    我把逆变器上的原驱动卡拆下来,焊下原先的IR2110S,换上SLM2110S,再把驱动卡装到主机的主板上,直接开机,居然一次成功,逆变器正常输出,几乎没有费周折,SLM2110S直接替代IR2110S初步成功。 
下面是在SLM2110S运行时,测得的驱动波形照片,以供大家参考。照片中的“上管测量”主要是检测上管自举供电是否正常。


上图是高频臂上管SPWM驱动波形,工作正常,没有明显尖锋和干扰。


这是低频臂下管的驱动波形。




上图是高频臂上管的测量参数,自举电压14.6V。



这是下管的测量参数,驱动电压15.6V,上管自举电压要比它低1V,属于正常范围。



上图为高频臂带载时的米勒平台。



上图为低频带载时的米勒平台。


    经几个小时带载测试,工作一直很正常。还有一个问题,肯定是大家十分关注的,就是SLM2110S的保护机制。限于条件,我没有办法测试13输入关断信号后到SPWM截止输出这段时间值。我在逆变器正常工作的情况下,做了20多次短路测试,情况全部正常,没有出现H桥烧管和SLM2110S失效现象。

为了更直观的了解SLM2110S的性能,我又把驱动卡装上 IR2110S芯片,同时测试IR2110S的驱动波形,此举目的是为了把SLM2110S和  IR2110S驱动波形做一个直观的比较。


上图是SLM2110S和IR2110S高频臂带载情况下驱动波形对比(测试时X轴时间不同),从波形看,这二种芯片的米勒平台没有太大的区别,几乎一样。




上图是低频臂带载情况下,二种芯片的米勒平台对比,基本一致,没有本质的区别。



这是低频臂驱动波形对比。


这是高频臂驱动波形对比。

依我之见,象2110这样的芯片,一个关键的问题,就是可靠性,这个也是以前国产芯片的软肋。在和厂家工程师沟通时,他说,SLM2110S的实际耐压值可以到800V。佛山张版在看了我测的驱动波形后说:从波形看,SLM2110S的驱动能力确实比IR2110S要强一些。以张版的经验,他说推动每臂2个FGH60N60SFD,  下表是FGH60N60SFD的输入电容。

如果每臂二个FGH60N60SFD,做好散热,那么逆变器功率可以到4000-5000W。因为2110加负压比较麻烦,所以,我以前在设计逆变器时,总认为大功率的机器,H桥驱动一定要加负压,这样可以把米勒平台下移到0位线以下,这样比较安全。其实现在新型大功率IGBT管子的出现,输入电容可以越做越小,看来我的设计理念也要更新了。
张版曾经对2110有一个扩展应用,就是在2110上加了电流放大(图腾电路),H桥每一臂推到3个FGH60N60SFD,一共12个管子,输出功率做到6000W。下图是我画的2110加图腾的电路,我没有实际试过,有兴趣的朋友可以试试,应该会成功。

    最后,我还有一个想法,想在工频机上试试SLM2110S,中小功率的工频机,母线电压不高,工作环境没有高频机这样“险恶”,应该会工作得更轻松。下图是我设计的工频逆变器驱动卡,保护方案用的是检测功率管饱和压降再关闭2110输出的方案。现在已经换上了SLM2110S,因为主机板找不到了,一时无法测试,只得待以后新的主板装好后再试了。




    好了,我的贴子到这里要收尾了,最后说几句,真心希望国内厂家能多多研发一些国产化的芯片,不管是自主开发也好,仿制也罢,只要不涉及到人家的专利,实在是多多益善,因为价格下来了,只要产品可靠,国内整机厂家谁还会去用洋货。所以说,这确实是一件利国利民的好事啊!

  还有,2110在实际应用中,有一些技巧问题,例如,对布线和自举电路参数的设计,也有一定的要求,这些问题有经验的工程师可以多多交流,否则,在制作功率大的逆变器时,会遇到一些问题。这是后话,以后再谈。


标签 IC 全桥/半桥
2018/11/15 09:18:18
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