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IR2104 Guida completa: driver a mezzo ponte ad alte prestazioni

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Descrizione IR2104

IL IR2104 è un driver a mezzo ponte che accetta un input a bassa potenza per produrre un'unità ad alta corrente e fornisce il gate di un transistor ad alta potenza come un MOSFET di potenza.Inoltre, il driver del gate IR2104 può essere utilizzato come cambio di livello e amplificatore di potenza.I canali di output dei driver IGBT e MOSFET operano su riferimenti alti e bassi, mentre gli ingressi logici operano su logica a 3,3 V e sono compatibili con le uscite LSTTL e CMOS.Nessuna di queste tecnologie è soggetta a HVC e fermo proprietari, quindi consente la costruzione monolitica.

Il circuito di azionamento IR2104 è principalmente composto da tre parti: stadio di input, controllo logico e stadio di uscita.La fase di ingresso include un isolatore di ingresso e un circuito di filtro di ingresso per isolare il segnale di controllo e il rumore dell'alimentazione.Il controllo logico include una fase di input logica e una fase di output logica, che vengono utilizzate per ricevere segnali di controllo e generare segnali di azionamento.La fase di output include fasi di guida e centrali per la guida di MOSFET o IGBT.

Modelli alternativi:

• IR2101S

• IR2102S

• IR2103

• IR2103S

• IR2104PBF

IR2104 Caratteristiche del circuito del driver a mezzo ponte

Ampia intervallo di tensione operativa: IR2104 supporta un ampio intervallo di tensione operativa, da 10 V a 20 V, adatto a diverse esigenze di guida.

Rilevamento della corrente interna: IR2104 ha una funzione di rilevamento della corrente interna in grado di misurare e feedback della corrente del MOSFET basso per ottenere il controllo a circuito chiuso.

Alta efficienza: IR2104 adotta un design altamente integrato e il circuito del driver ha le caratteristiche di alta efficienza e basso consumo di energia.La tecnologia della pompa di carica può fornire segnali di guida ad alta frequenza, consentendo ai MOSFET di cambiare rapidamente e ridurre la perdita di energia.

Funzioni di protezione: IR2104 ha una varietà di funzioni di protezione, tra cui la protezione eccessiva, la protezione delle correnti e le funzioni di blocco sotto tensione.Queste funzioni di protezione possono proteggere efficacemente il circuito e migliorare l'affidabilità del sistema.

Capacità di guida ad alta corrente: IR2104 integra i conducenti alti e bassi con una forte capacità di guida.Può fornire capacità operative di corrente e di corrente istantanea elevata ed è adatto per applicazioni ad alta potenza.

Principio di lavoro con driver a mezzo ponte IR2104

Questo design del driver è relativamente facile da comprendere in base all'analisi della logica del segnale, ma per ottenere una comprensione approfondita e una migliore applicazione, dobbiamo condurre un'analisi più approfondita del circuito ed eseguire analisi teoriche e calcoli per determinare i parametri di alcuniComponenti periferici.Ora conduciamo una semplice analisi della struttura interna.Quando viene selezionato il chip, il segnale di ingresso passerà attraverso la zona morta o il circuito di protezione di rottura, quindi sarà diviso in due canali e inviato rispettivamente ai set superiori e inferiori dei circuiti CMOS.Tra questi, il percorso inferiore è controllato da "0" per condurre e il segnale viene inviato direttamente;Mentre il percorso superiore è acceso da "1", il segnale sarà prima controllato dalla fase del tampone della corrente di impulso elevato per completare il tampone del segnale e la conversione del livello, quindi inviare ENTER.

Quando viene inizialmente scritto 0: il transistor superiore CMOS inferiore viene acceso e LO viene sollevato dallo stato galleggiante al potenziale di alimentazione del chip.Pertanto, la tensione di conduzione VCC viene generata tra LO e COM, causando l'accensione del MOS del mezzo ponte inferiore;Allo stesso tempo, il transistor inferiore CMOS superiore viene acceso e HO e VS sono cortocircuiti, causando disattivare i MOS di mezza ponte superiore.

Quando 1 viene inizialmente scritto: il transistor superiore CMOS superiore viene acceso e si basa sull'effetto bootstrap del condensatore, la tensione di conduzione VCC viene generata tra HO e VS, causando l'accensione del MOS della mezza ponte superiore;Mentre il transistor inferiore di CMOS inferiore viene acceso, LO e COM sono cortocircuiti, causando spento il MOS del mezzo ponte inferiore.

Si può vedere che la tensione di alimentazione di IR2104 deve essere maggiore della tensione di conduzione del MOS o del tubo IGBT selezionato.Ad esempio, nel circuito delle auto intelligenti, la tensione di alimentazione a 12 V utilizzata da IR2104 è maggiore della tensione di accensione di LR7843, 4,5 V.Questo design garantisce il normale funzionamento del driver e impedisce efficacemente il degrado o il danno causato da una tensione insufficiente.

Applicazione pratica di IR2104

IR2104 ha una vasta gamma di usi in applicazioni pratiche.Di seguito sono riportati due circuiti di applicazione tipici:

Circuito di azionamento a ponte pieno

Il circuito del driver a ponte intero è una delle applicazioni più comuni di IR2104.Di solito è costituito da due patatine IR2104 e quattro MOSFET e induttori di potenza.In questo circuito, due IR2104 sono responsabili del controllo degli interruttori dei MOSFET rispettivamente sui lati superiori e inferiori per convertire la potenza DC in potenza CA.Controllando con precisione la velocità di commutazione e il ciclo di lavoro dei MOSFET su entrambi i lati, può ottenere una conversione di potenza e un controllo di output efficiente.Questo tipo di circuito di azionamento a ponte pieno è spesso utilizzato nella conversione di potenza, nell'inverter e in altri campi.

Circuito di trasmissione a metà ponte

Il circuito di azionamento a metà ponte è un'altra importante applicazione di IR2104.Di solito è costituito da un chip IR2104, un MOSFET di potenza e un induttore.In questo circuito, IR2104 è responsabile della generazione del segnale PWM e della conversione della potenza DC in potenza CA controllando la commutazione del MOSFET.L'IR2104 può controllare la velocità di commutazione e il ciclo di lavoro dei MOSFET per ottenere un controllo preciso della tensione di uscita e della corrente.Questo circuito di trasmissione a metà ponte è ampiamente utilizzato nelle unità a motore CC, inverter e altri campi.

Condizioni operative consigliate di IR2104

Il diagramma di temporizzazione della logica di ingresso o output è mostrato nella figura seguente.Per un corretto funzionamento, il dispositivo deve essere utilizzato nelle condizioni consigliate.La valutazione di offset VS viene testata con tutte le forniture distorte a differenziale 15V.

Quali sono le misure di dissipazione del calore per IR2104?

Di seguito sono riportate alcune comuni misure di dissipazione del calore IR2104:

Uso di materiali termicamente conduttivi

Possiamo usare materiali termicamente conduttivi, come silicone termicamente conduttivo o fogli termici conduttivi, tra l'IR2104 e il dissipatore di calore o il PCB, per migliorare significativamente l'efficienza del trasferimento di calore e ridurre la resistenza termica, migliorando così notevolmente l'effetto complessivo di dissipazione del calore.Il silicone termicamente conduttivo, come adesivo con alta conducibilità termica, può essere strettamente rispettato alla superficie dell'IR2104 e del dissipatore di calore o del PCB, riempiendo efficacemente i piccoli spazi tra loro, riducendo così la resistenza termica.

Ridurre il carico di lavoro

Possiamo anche ridurre il calore generato dall'IR2104 abbassando il suo carico di lavoro.Ad esempio, quando il sistema non richiede un'uscita ad alta potenza, possiamo prendere in considerazione la riduzione della tensione di ingresso di IR2104.Abbassare la tensione di ingresso può ridurre direttamente il consumo di energia interno del chip, che a sua volta riduce la sua generazione di calore.Naturalmente, mentre si abbassa la tensione, dobbiamo assicurarci che l'IR2104 funzioni ancora correttamente e soddisfi i requisiti di prestazione del sistema.

Dissipatore di calore/dissipatore di calore: il dissipatore di calore o il dissipatore di calore è un modo comune per dissipare il calore.Installando un dissipatore di calore intorno o sopra l'IR2104, l'area di dissipazione del calore può essere effettivamente aumentata, riducendo così la temperatura operativa del chip.Durante la progettazione del dissipatore di calore, dovremmo considerare pienamente la corrente operativa del chip, la temperatura ambiente e altri fattori per garantire che l'effetto di dissipazione del calore sia ottimale.

Ottimizza il layout PCB: nella progettazione del PCB, al fine di evitare l'interferenza termica con IR2104 causata da altri componenti che generano più calore, dovremmo posizionare questi componenti dal chip.Componenti come MOSFET di alimentazione o IGBT generano anche molto calore quando lavorano e se sono troppo vicini all'IR2104, il loro calore può essere trasferito al chip, con conseguente aumento della temperatura del chip.Pertanto, quando si dispone del chip, dovremmo assicurarci che questi componenti che generano più calore siano mantenuti a una certa distanza dall'IR2104 per ridurre al minimo l'effetto del calore sul chip.

Problema della zona morta

Come driver alto e basso lato basso, IR2104 è appositamente progettato per guidare i circuiti del ponte H.Può risolvere efficacemente il problema della zona morta nei circuiti di ponte H.Ecco alcuni modi in cui IR2104 risolve il problema della zona morta nei circuiti di azionamento H-Bridge:

Compensazione del tempo morto: il driver IR2104 fornisce un perno di compensazione del tempo morto.Regolando la tensione di questo pin, è possibile impostare l'importo della compensazione del tempo morto.Aumentando o diminuendo la compensazione del tempo morto, la differenza di tempo tra MOS di fascia alta e MOS di fascia bassa può essere regolata per risolvere il problema della zona morta.

Azionamento bipolare: il driver IR2104 può controllare e spento gli ON di MOS di fascia alta e MOS di fascia bassa allo stesso tempo.Ciò garantisce che la differenza di tempo tra MOS di fascia alta e MOS di fascia bassa sia controllata accuratamente per evitare problemi di zona morta.

Impostazione del tempo di ritardo: il driver IR2104 ha un pin dedicato per l'impostazione del tempo di ritardo.Regolando la capacità e la resistenza sul perno, è possibile impostare il tempo di ritardo tra il MOS di fascia alta e il MOS di fascia bassa.L'aumento del tempo di ritardo può garantire che il MOS di fascia alta e il MOS di fascia bassa non vengano attivati ​​o spenti contemporaneamente, evitando così il verificarsi di problemi di zona morta.

Domande frequenti [FAQ]

Q1.Perché abbiamo bisogno di driver MOSFET?

I conducenti di gate sono benefici per il funzionamento MOSFET perché l'unità ad alta corrente fornita al gate MOSFET riduce il tempo di commutazione tra le fasi di acceso/off del gate che porta ad un aumento della potenza MOSFET e dell'efficienza termica.

Q2.Qual è la massima tensione di IR2104?

Il canale galleggiante può essere utilizzato per guidare un MOSFET di potenza n-canale o IGBT nella configurazione laterale alta che opera da 10 a 600 volt.

Q3.A cosa serve IR2104?

L'IR2104 è un MOSFET di potenza ad alta tensione, ad alta velocità e driver IGBT con canali di uscita referenziati alti e bassi dipendenti.Le tecnologie CMOS immunitarie HVIC e latch proprietarie consentono una costruzione monolitica robusta.L'ingresso logico è compatibile con CMOS standard o LSTTL OUTS.

Q4.Qual è la differenza tra IR2101 e IR2104?

L'IR2104 è un MOSFET di potenza ad alta tensione, ad alta velocità e driver IGBT con canali di uscita referenziati alti e bassi indipendenti.In confronto, l'IR2101 è un driver laterale alto e basso.L'IRS2104 è un nuovo prodotto HVIC che sostituisce l'IR2101 ed è compatibile con pin-pin con il suo predecessore.