IRMDSS1 IR1110软启动IC参考设计套件：助力AC电机驱动等应用

在电子工程领域，对于AC电机驱动、UPS、焊机等应用来说，拥有高效可靠的软启动解决方案至关重要。国际整流器公司（International Rectifier）的IRMDSS1 IR1110软启动IC参考设计套件就是这样一款值得关注的产品。下面就为大家详细介绍这款套件的特点、使用方法和性能表现。

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一、概述

IR1110软启动控制IC用于三相半控SCR桥，能为直流母线电容器预充电提供卓越的解决方案，消除了常用的电容器预充电电阻，还具备诸多系统运行优势。IR1110参考设计的目的是为潜在用户提供一个功能齐全的前端转换器，可快速轻松地连接到整个系统中，用于演示操作、评估系统性能并减少设计时间。

该参考设计是一个独立的输入转换器组件，可接受三相或单相交流电源，并向外部母线电容器和负载提供受控的直流输出。它由一块包含IR1110软启动控制器IC和外围组件的PCB，以及三个附带的IRKH SCR/二极管模块组成。

二、输入电压和输出电流额定值

输入电压

IR1110参考设计配备了IR的1600V额定IRKH系列Addapak SCR - 二极管模块。PCB上的组件在工厂设置为输入工作电压范围为320V至550V rms，三相，47至63Hz。通过更改PCB上的组件值，也可以在其他输入线路电压下运行，具体设置可参考表1。

输出电流

• 三相运行（工厂安装端子块）：在30°C时，额定连续直流输出电流为25A。
• 更高输出电流（更换端子块）：将JP2和JP3更换为更大的可选端子块，可获得高达40A的连续直流输出电流。此时，需要约20CFM的气流吹过PCB表面，可使用小型风机实现。
• 超过40A输出电流：移除JP2和JP3端子块，将SCR缓冲组件重新安装在PCB底面，并在PCB顶部安装垫片和母线排。表2给出了不同额定值的IRKH Addapak模块在添加母线排时的典型直流输出电流额定值。

三、设置与使用

模块安装

将三个IRKH Addapak模块安装在散热器上，散热器必须能够在满输出电流时将Addapak的外壳温度保持在90°C以下。

PCB安装

将PCB放置在Addapak模块上方，将模块上的栅极和辅助阴极快速连接端子插入PCB的插槽中，插入垫圈，用M5螺丝拧紧，并将快速连接端子的顶部焊入PCB。对于直流电流大于40A的情况，按图3所示进行组装。

电气连接

按照图5进行电气连接后，IR1110参考设计即可投入使用。

四、运行特性

直流母线电容器软充电

交流输入电压接通时，通过SCR的相位控制，直流母线电容器上的电压会自动上升。上升速率由电容器（C24 + C24A）决定，工厂安装值为3µF，相应的上升时间约为330ms。通过减少C24和C24A的并联组合可以缩短上升时间，例如移除C24A且C24 = 1.0uF时，上升时间约为150ms。

直流母线电压调节

可通过以下方法调节运行母线电压：

• 外部参考电压控制：控制在JP4/1和JP4/2之间施加的1.4至4.0V（标称）参考电压VBUSREF。测试时，可在JP4/1和JP4/3之间连接一个50kΩ电位器，并将R52更改为4.53kΩ（1%），通过调节电位器电阻从0到50kΩ，可将VBUSREF从约4.0V控制到1.4V，从而将直流母线电压从最大值控制到最大输入线电压下最大值的约35%。
• PWM信号控制：在图6所示的JP5/1和JP5/2之间向光耦合器U5的输入施加PWM信号，PWM信号频率应在1至5kHz范围内。PWM输入的通断占空比D与直流母线电压的关系约为[VBUS = VBUSmax (0.35 + 0.65 D)]，母线电压在输入线电压变化±80V时可调节在±8V范围内。

直流环路增益调整

对于具有异常高纹波电压的负载，电压调节环路可能在连续SCR触发点之间出现不均匀的时间间隔。可通过移除零欧姆链路R58，重新插入R58并插入R54来降低直流环路增益，R54和R58的总和应选择为200 - 250kΩ。

电压调节功能停用

若不需要调节母线电压，将JP4/1连接到JP4/3即可。需注意，无论是否使用电压调节功能，软启动功能始终激活。

低线电压情况

当输入线电压低于指定的最小运行值时，整流器会通过移除SCR触发脉冲而停用。当线电压恢复正常时，母线电压会自动回升到设定值。

三相输入电压临时丢失

• 若母线电压未降至初始运行母线电压VBUS1的设定分数k以下，输入电压恢复时，母线电容器将在不进行SCR相位控制的情况下重新充电，以尽快恢复母线电压，减少线路中断对系统运行的影响。k的近似计算公式为[k VBUS1 = (frac{R 80}{R 79 + R 80} VBUS1 ) - 0.1 VLLmax = 0.75 VBUS1 - 0.1 VLLmax]，可通过更改R79的值调整k。
• 若母线电压在线路中断期间降至k VBUS1以下，输入电压恢复时，直流母线电压将通过SCR相位控制回升。

单相输入丢失

在三相运行期间，如果一个输入相丢失超过1至1.5个周期，SCR触发脉冲将被移除，整流器停用。当丢失的相恢复时，母线电压将回升到设定值。若没有此单相关闭功能，可能会出现整流器输出电压瞬态跳变到最大值等问题。

最大母线电压时禁用单相关闭（不使用电压调节功能）

若不使用母线电压调节功能，可通过特定的电路修改来禁用单相关闭功能，但在升压期间输出电压低于设定值时，该功能仍将启用。

直流母线短路

在三相电源运行时，IR1110参考设计在直流母线短路时会自动限制故障电流。若母线短路在接通线电压时存在，SCR触发角不会提前到线电压过零点约35电角度以上；若在运行期间发生母线短路，SCR触发角将在不到半个周期内回调到线电压过零点约35电角度内，从而将短路电流限制在远低于无控制整流桥的水平。需注意，此功能在IR1110参考设计设置为三相运行时有效，单相运行时无效。

省略板载SCR缓冲器/使用外部电源

若安装了外部交流线路滤波器，可能不需要板载SCR缓冲器进行dv/dt保护。省略板载缓冲器时，需要为PCB提供外部隔离的±15V（20mA）电源，具体连接如图8所示。同时，移除相关的缓冲器和关联组件，板载降压电阻和齐纳二极管会从施加的±15V输入为IR1110创建所需的内部+5V和 - 5V电源，±15V电压在启动期间的上升时间不应小于1毫秒，电源的主要来源必须来自整流桥的交流输入电压。

外部关闭

通过在JP5/3（+）和JP5/4处向光耦合器U7施加15mA输入，可实现整流桥的外部关闭。

五、故障反馈信号

工厂设置下，光耦合器U6和U4的输出会提供隔离的故障反馈信号，U6提供多路复用的三相丢失/单相丢失信号，U4提供低线电压信号。在进行特定电路修改后，U6仅提供三相丢失故障信号，单相丢失信号与低线信号复用。

六、与外部SCR半控桥配合使用

为了测试目的，IR1110参考设计的PCB可单独与外部SCR半控桥配合使用。将PCB从IRKH Addapak模块上拆下，并在PCB和外部SCR桥之间进行有线连接，具体连接图如图10所示。需注意相关线路的连接方式，如JP2、U、V、W的电线以及JP3/1的电线应作为双绞线束运行，每个SCR的栅极和辅助阴极引线应作为双绞线对运行，同时必须在连接到PCB上辅助阴极插槽的开放焊盘R13、R17、R21上连接零欧姆链路。

七、电感影响

在升压期间，随着SCR触发角的提前，母线电容器通过一系列电流脉冲充电。这些脉冲的峰值取决于直流母线电容、升压速率和总电感（即交流线路电感和直流平滑电感（如果存在）与母线电容器串联的总和）。通常，限制全母线电压下正常峰值工作电流所需的电感也能将升压期间的峰值电流限制在可接受的水平，一般线路电压的源电感足以满足此要求。表3显示了不同母线电容和线路电感下升压期间电流脉冲的典型最大峰值，以及相应的满载直流电流。

综上所述，IRMDSS1 IR1110软启动IC参考设计套件在AC电机驱动、UPS、焊机等应用中具有诸多优势，能为工程师提供可靠的软启动解决方案。大家在实际应用中是否遇到过类似软启动方案的挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。