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IR2104 Guia abrangente: Drivers de Half Bridge de alto desempenho

Catálogo

IR2104 Descrição

O IR2104 é um driver de meia ponte que aceita uma entrada de baixa potência para produzir uma unidade de alta corrente e fornece o portão de um transistor de alta potência, como um MOSFET de potência.Além disso, o driver do portão do IR2104 pode ser usado como um câmbio de nível e um amplificador de potência.Os canais de saída dos drivers IGBT e MOSFET operam em referências lados e de baixo lado, enquanto as entradas lógicas operam na lógica 3.3V e são compatíveis com saídas LSTTL e CMOS.Nenhuma dessas tecnologias está sujeita a HVCs e travas proprietários, por isso permite a construção monolítica.

O circuito de acionamento IR2104 é composto principalmente por três partes: estágio de entrada, controle lógico e estágio de saída.O estágio de entrada inclui um isolador de entrada e um circuito de filtro de entrada para isolar o sinal de controle e o ruído da fonte de alimentação.O controle lógico inclui um estágio de entrada lógica e um estágio de saída lógica, usado para receber sinais de controle e gerar sinais de unidade.O estágio de saída inclui driver e estágios de energia para acionar MOSFETs ou IGBTS.

Modelos alternativos:

• IR2101S

• IR2102S

• IR2103

• IR2103S

• IR2104PBF

IR2104 Características do circuito do driver de meia ponte

Faixa de tensão de operação ampla: o IR2104 suporta uma ampla faixa de tensão de operação, de 10V a 20V, adequada para diferentes necessidades de direção.

Detecção de corrente interna: o IR2104 possui uma função de detecção de corrente interna que pode medir e feedback a corrente do MOSFET do lado baixo para obter controle de malha fechada.

Alta eficiência: o IR2104 adota um design altamente integrado, e o circuito do motorista possui as características de alta eficiência e baixo consumo de energia.A tecnologia da bomba de carga pode fornecer sinais de acionamento de alta frequência, permitindo que os MOSFETs mudem rapidamente e reduzam a perda de energia.

Funções de proteção: o IR2104 possui uma variedade de funções de proteção, incluindo proteção de excesso de temperatura, proteção excessiva e funções de bloqueio de menor tensão.Essas funções de proteção podem proteger efetivamente o circuito e melhorar a confiabilidade do sistema.

Capacidade de acionamento de alta corrente: o IR2104 integra motoristas de alto e baixo lateral com forte capacidade de condução.Ele pode fornecer recursos de operação de corrente de alta corrente e corrente instantânea e é adequado para aplicações de alta potência.

IR2104 Princípio de trabalho do motorista de meia-ponte

Esse design do driver é relativamente fácil de entender com base na análise lógica de sinal, mas para obter uma compreensão profunda e melhor aplicação, precisamos realizar uma análise mais aprofundada do circuito e realizar análises e cálculos teóricos para determinar os parâmetros de algunscomponentes periféricos.Agora, realizamos uma análise simples da estrutura interna.Quando o chip é selecionado, o sinal de entrada passa pela zona morta ou no circuito de proteção de quebra e será dividido em dois canais e enviado para os conjuntos superior e inferior dos circuitos CMOS, respectivamente.Entre eles, o caminho inferior é controlado por "0" para conduzir, e o sinal é enviado diretamente;Enquanto o caminho superior é ativado por "1", o sinal será controlado primeiro pelo estágio de buffer de corrente de pulso de alto pulso para concluir o buffer de sinal e a conversão de nível e depois enviar o Enter.

Quando 0 é escrito inicialmente: o transistor superior do CMOS inferior é ativado e o LO é elevado do estado flutuante para o potencial da fonte de alimentação de chip.Portanto, a tensão de condução VCC é gerada entre LO e COM, fazendo com que os MOS da meia -meia inferior sejam ligados;Ao mesmo tempo, o transistor inferior do CMOS superior está ligado e o HO e o VS são curtos-circuitos, fazendo com que o MOS de meia ponte superior seja desligado.

Quando 1 é escrito inicialmente: O transistor superior do CMOS superior é ligado e confia no efeito de bootstrap de capacitor, a tensão de condução VCC é gerada entre HO e Vs, fazendo com que os MOS da meia ponte superior sejam ligados;Enquanto o transistor inferior do CMOS inferior está ligado, o LO e o COM são curtos-circuitados, fazendo com que o MOS da metade inferior da ponte seja desligado.

Pode -se observar que a tensão da fonte de alimentação do IR2104 deve ser maior que a tensão de condução do tubo MOS ou IGBT selecionado.Por exemplo, no circuito de carros inteligentes, a tensão da fonte de alimentação de 12V usada pelo IR2104 é maior que a tensão de ativação do LR7843, 4.5V.Esse design garante a operação normal do motorista e efetivamente evita a degradação ou dano de desempenho causado por tensão insuficiente.

Aplicação prática do IR2104

O IR2104 tem uma ampla gama de usos em aplicações práticas.Dois circuitos de aplicação típicos são introduzidos abaixo:

Circuito de acionamento de ponte completa

O circuito de driver de ponte completa é uma das aplicações mais comuns do IR2104.Geralmente consiste em dois chips IR2104 e quatro MOSFETs e indutores de potência.Nesse circuito, dois IR2104s são responsáveis ​​por controlar os interruptores dos MOSFETs nos lados superior e inferior, respectivamente, para converter a energia CC em energia CA.Ao controlar com precisão a velocidade de comutação e o ciclo de trabalho dos MOSFETs de ambos os lados, ele pode obter conversão de energia eficiente e controle de saída.Esse tipo de circuito de acionamento de ponte completo é frequentemente usado em conversão de energia, inversor e outros campos.

Circuito de acionamento de meia ponte

O circuito de acionamento de meia ponte é outra aplicação importante do IR2104.Geralmente consiste em um chip IR2104, um moseto de potência e um indutor.Neste circuito, o IR2104 é responsável por gerar o sinal PWM e converter a energia CC em energia CA, controlando a comutação do MOSFET.O IR2104 pode controlar a velocidade de comutação e o ciclo de trabalho dos MOSFETs para obter controle preciso da tensão e corrente de saída.Este circuito de acionamento de meia ponte é amplamente utilizado em acionamentos de motor CC, inversores e outros campos.

Condições operacionais recomendadas do IR2104

O diagrama de tempo lógico de entrada ou saída é mostrado na figura a seguir.Para operação adequada, o dispositivo deve ser usado dentro das condições recomendadas.A classificação de deslocamento do VS é testada com todos os suprimentos tendenciosos em diferencial de 15V.

Quais são as medidas de dissipação de calor para o IR2104?

A seguir, são apresentadas algumas medidas comuns de dissipação de calor IR2104:

Uso de materiais térmicos condutores

Podemos usar materiais térmicos condutores, como silicone condutor termicamente ou folhas condutivas térmicas, entre o IR2104 e o dissipador de calor ou a PCB, para melhorar significativamente a eficiência da transferência de calor e reduzir a resistência térmica, aumentando bastante o efeito geral de dissipação de calor.O silicone térmico condutor, como adesivo com alta condutividade térmica, pode ser bem aderido à superfície do IR2104 e ao dissipador de calor ou à PCB, preenchendo efetivamente as pequenas lacunas entre elas, reduzindo assim a resistência térmica.

Reduzir a carga de trabalho

Também podemos reduzir o calor gerado pelo IR2104 diminuindo sua carga de trabalho.Por exemplo, quando o sistema não requer alta saída de potência, podemos considerar reduzir a tensão de entrada do IR2104.A redução da tensão de entrada pode reduzir diretamente o consumo interno de energia do chip, o que, por sua vez, reduz sua geração de calor.Obviamente, ao diminuir a tensão, precisamos garantir que o IR2104 ainda funcione corretamente e atenda aos requisitos de desempenho do sistema.

Aquecimento do calor/dissipador de calor: Aquecimento do calor ou dissipador de calor é uma maneira comum de dissipar o calor.Ao instalar um dissipador de calor ao redor ou acima do IR2104, a área de dissipação de calor pode ser efetivamente aumentada, reduzindo assim a temperatura operacional do chip.Ao projetar o dissipador de calor, devemos considerar completamente a corrente operacional, a temperatura ambiente e outros fatores do chip para garantir que o efeito de dissipação de calor seja ideal.

Otimize o layout da PCB: no design do PCB, a fim de evitar a interferência térmica no IR2104 causada por outros componentes que geram mais calor, devemos colocar esses componentes longe do chip.Componentes como MOSFETs de potência ou IGBTs também geram muito calor quando estão trabalhando e, se estiverem muito próximos do IR2104, seu calor pode ser transferido para o chip, resultando em um aumento na temperatura do chip.Portanto, ao colocar o chip, devemos garantir que esses componentes que geram mais calor sejam mantidos a uma certa distância do IR2104 para minimizar o efeito do calor no chip.

Problema da zona morta

Como um motorista de lado alto e baixo, o IR2104 foi projetado especialmente para dirigir circuitos de ponte H.Ele pode efetivamente resolver o problema da zona morta nos circuitos H-Bridge.Aqui estão algumas maneiras pelas quais o IR2104 resolve o problema da zona morta nos circuitos de unidade H-Bridge:

Compensação do tempo morto: o driver IR2104 fornece um pino de compensação de tempo morto.Ao ajustar a tensão deste pino, a quantidade de compensação do tempo morto pode ser definida.Ao aumentar ou diminuir a compensação do tempo morto, a diferença de tempo entre o MOS de ponta e o MOS de baixo nível pode ser ajustada para resolver o problema da zona morta.

Drive bipolar: o motorista IR2104 pode controlar o MOS ON e OFF de ponta e MOS de ponta e o MOS de baixo custo ao mesmo tempo.Isso garante que a diferença de tempo entre o MOS de ponta e o MOS de baixo custo seja controlada com precisão para evitar problemas de zona morta.

Configuração do tempo de atraso: o driver IR2104 possui um pino dedicado para definir o tempo de atraso.Ajustando a capacitância e a resistência no pino, o tempo de atraso entre o MOS de ponta e o MOS de baixo nível pode ser definido.Aumentar o tempo de atraso pode garantir que o MOS de ponta e o MOS de baixo nível não seja ativado ou desativado ao mesmo tempo, evitando assim a ocorrência de problemas de zona morta.

Perguntas frequentes [FAQ]

Q1.Por que precisamos de drivers MOSFET?

Os drivers de portão são benéficos para a operação do MOSFET porque a unidade de alta corrente fornecida ao portão MOSFET diminui o tempo de comutação entre os estágios de entrada/desligamento do portão, o que leva ao aumento da energia do MOSFET e à eficiência térmica.

Q2.Qual é a tensão máxima do IR2104?

O canal flutuante pode ser usado para acionar um MOSFET de potência de canal N ou IGBT na configuração lateral alta, que opera de 10 a 600 volts.

Q3.Para que é usado o IR2104?

O IR2104 é um MOSFET de alta tensão e alta velocidade e o driver IGBT com canais de saída dependentes e baixos referenciados.As tecnologias CMOS imunológicas de HVIC e trava de trava permitem a construção monolítica robusta.A entrada lógica é compatível com os CMOs padrão ou lsttl out-puts.

Q4.Qual é a diferença entre o IR2101 e o IR2104?

O IR2104 é um MOSFET de alta velocidade e alta tensão e driver IGBT com canais de saída referenciados de alta e baixa referência independentes.Em comparação, o IR2101 é um motorista lateral alto e baixo.O IRS2104 é um novo produto HVIC que substitui o IR2101 e é compatível com o seu predecessor.