trên 2024/08/29 571

Hướng dẫn toàn diện IR2104: Trình điều khiển Half Bridge hiệu suất cao

Danh mục

Mô tả IR2104

Các IR2104 là một trình điều khiển nửa cầu chấp nhận đầu vào công suất thấp để tạo ra một ổ đĩa hiện tại cao và cung cấp cổng của một bóng bán dẫn công suất cao như MOSFET Power.Ngoài ra, trình điều khiển cổng IR2104 có thể được sử dụng làm bộ chuyển đổi cấp độ và bộ khuếch đại công suất.Các kênh đầu ra của trình điều khiển IGBT và MOSFET hoạt động trên các tham chiếu phía cao và phía thấp, trong khi các đầu vào logic hoạt động trên logic 3.3V và tương thích với các đầu ra LSTTL và CMOS.Không có công nghệ nào trong số các công nghệ này phải tuân theo các HVC và chốt độc quyền, vì vậy nó cho phép xây dựng nguyên khối.

Mạch ổ IR2104 chủ yếu bao gồm ba phần: giai đoạn đầu vào, điều khiển logic và giai đoạn đầu ra.Giai đoạn đầu vào bao gồm bộ cách ly đầu vào và mạch lọc đầu vào để cô lập tín hiệu điều khiển và nhiễu nguồn.Điều khiển logic bao gồm giai đoạn đầu vào logic và giai đoạn đầu ra logic, được sử dụng để nhận tín hiệu điều khiển và tạo tín hiệu ổ đĩa.Giai đoạn đầu ra bao gồm các giai đoạn trình điều khiển và năng lượng để lái MOSFET hoặc IGBT.

Mô hình thay thế:

• IR2101S

• IR2102S

• IR2103

• IR2103S

• IR2104PBF

Đặc điểm mạch lái xe nửa cầu IR2104

Phạm vi điện áp hoạt động rộng: IR2104 hỗ trợ phạm vi điện áp hoạt động rộng, từ 10V đến 20V, phù hợp cho các nhu cầu lái xe khác nhau.

Phát hiện dòng điện bên trong: IR2104 có chức năng phát hiện dòng điện bên trong có thể đo và phản hồi dòng điện của MOSFET phía thấp để đạt được điều khiển vòng kín.

Hiệu quả cao: IR2104 áp dụng thiết kế tích hợp cao và mạch lái có đặc điểm của hiệu quả cao và mức tiêu thụ năng lượng thấp.Công nghệ máy bơm điện tích có thể cung cấp tín hiệu lái tần số cao, cho phép MOSFET chuyển đổi nhanh chóng và giảm mất năng lượng.

Các chức năng bảo vệ: IR2104 có nhiều chức năng bảo vệ, bao gồm bảo vệ nhiệt độ quá mức, bảo vệ quá dòng và các chức năng khóa dưới điện áp.Các chức năng bảo vệ này có thể bảo vệ hiệu quả mạch và cải thiện độ tin cậy của hệ thống.

Khả năng lái xe hiện tại cao: IR2104 tích hợp các trình điều khiển phía cao và phía thấp có khả năng lái mạnh.Nó có thể cung cấp các khả năng hoạt động hiện tại cao nhất và hiện tại cao và phù hợp cho các ứng dụng công suất cao.

Nguyên tắc làm việc của IR2104 Half Bridge

Thiết kế trình điều khiển này tương đối dễ hiểu dựa trên phân tích logic tín hiệu, nhưng để đạt được sự hiểu biết sâu sắc và ứng dụng tốt hơn, chúng ta cần tiến hành phân tích sâu hơn về mạch và thực hiện phân tích và tính toán lý thuyết để xác định các tham số của một sốCác thành phần ngoại vi.Bây giờ, chúng tôi tiến hành một phân tích đơn giản về cấu trúc nội bộ.Khi chip được chọn, tín hiệu đầu vào sẽ đi qua vùng chết hoặc mạch bảo vệ sự cố, sau đó được chia thành hai kênh và được gửi đến các bộ mạch CMOS trên và dưới tương ứng.Trong số đó, đường dẫn thấp hơn được điều khiển bởi "0" để tiến hành và tín hiệu được gửi trực tiếp;Mặc dù đường dẫn trên được bật bởi "1", tín hiệu trước tiên sẽ được điều khiển bởi giai đoạn bộ đệm hiện tại xung cao để hoàn thành bộ đệm tín hiệu và chuyển đổi mức, sau đó gửi Enter.

Khi 0 ban đầu được viết: Transitor trên CMOS dưới được bật và LO được nâng lên từ trạng thái nổi sang tiềm năng cung cấp năng lượng chip.Do đó, VCC điện áp dẫn được tạo ra giữa LO và COM, khiến MOS của cầu thấp hơn được bật;Đồng thời, bóng bán dẫn dưới CMOS trên được bật và HO và VS là ngắn mạch, khiến các MOS nửa cầu trên bị tắt.

Khi 1 ban đầu được viết: Transitor trên CMOS trên được bật và dựa vào hiệu ứng Bootstrap tụ điện, điện áp dẫn điện VCC được tạo ra giữa HO và VS, khiến MOS của nửa cầu trên được bật;Trong khi các bóng bán dẫn CMOS thấp hơn được bật, LO và COM bị ngắn mạch, khiến MOS của cầu thấp hơn bị tắt.

Có thể thấy rằng điện áp cung cấp năng lượng của IR2104 phải lớn hơn điện áp dẫn của ống MOS hoặc IGBT đã chọn.Ví dụ, trong mạch xe hơi thông minh, điện áp nguồn 12V được IR2104 sử dụng lớn hơn điện áp bật của LR7843, 4.5V.Thiết kế này đảm bảo hoạt động bình thường của người lái và ngăn chặn hiệu quả sự xuống cấp hoặc thiệt hại do không đủ điện áp.

Ứng dụng thực tế của IR2104

IR2104 có một loạt các ứng dụng trong các ứng dụng thực tế.Hai mạch ứng dụng điển hình được giới thiệu dưới đây:

Mạch ổ đĩa đầy đủ

Mạch trình điều khiển toàn cầu là một trong những ứng dụng phổ biến nhất của IR2104.Nó thường bao gồm hai chip IR2104 và bốn MOSFET và cuộn cảm.Trong mạch này, hai IR2104 chịu trách nhiệm điều khiển các công tắc của MOSFET ở phía trên và dưới tương ứng để chuyển đổi nguồn DC thành công suất AC.Bằng cách kiểm soát chính xác tốc độ chuyển đổi và chu kỳ nhiệm vụ của MOSFET ở cả hai bên, nó có thể đạt được chuyển đổi công suất hiệu quả và điều khiển đầu ra.Kiểu mạch ổ đĩa đầy đủ này thường được sử dụng trong chuyển đổi điện, biến tần và các trường khác.

Mạch lái xe nửa cầu

Mạch ổ đĩa nửa cầu là một ứng dụng quan trọng khác của IR2104.Nó thường bao gồm một con chip IR2104, một MOSFET và một cuộn cảm.Trong mạch này, IR2104 chịu trách nhiệm tạo tín hiệu PWM và chuyển đổi nguồn DC thành công suất AC bằng cách kiểm soát việc chuyển đổi MOSFET.IR2104 có thể kiểm soát tốc độ chuyển đổi và chu kỳ nhiệm vụ của MOSFET để đạt được điều khiển chính xác điện áp đầu ra và dòng điện.Mạch truyền động nửa cầu này được sử dụng rộng rãi trong các ổ đĩa động cơ DC, bộ biến tần và các trường khác.

Điều kiện hoạt động được đề xuất của IR2104

Sơ đồ thời gian logic đầu vào hoặc đầu ra được hiển thị trong hình sau.Để hoạt động đúng, thiết bị nên được sử dụng trong các điều kiện được đề xuất.Xếp hạng bù VS được kiểm tra với tất cả các nguồn cung cấp sai lệch ở độ vi sai 15V.

Các biện pháp tản nhiệt cho IR2104 là gì?

Sau đây là một số biện pháp phân tán nhiệt IR2104 phổ biến:

Sử dụng vật liệu dẫn nhiệt

Chúng ta có thể sử dụng các vật liệu dẫn nhiệt, chẳng hạn như silicon dẫn nhiệt hoặc các tấm dẫn nhiệt, giữa IR2104 và tản nhiệt hoặc PCB, để cải thiện đáng kể hiệu quả truyền nhiệt và giảm điện trở nhiệt, do đó tăng cường đáng kể hiệu ứng tản nhiệt tổng thể.Silicone dẫn điện nhiệt, như một chất kết dính có độ dẫn nhiệt cao, có thể được gắn chặt vào bề mặt của IR2104 và tản nhiệt hoặc PCB, lấp đầy các khoảng trống nhỏ giữa chúng, do đó làm giảm điện trở nhiệt.

Giảm khối lượng công việc

Chúng ta cũng có thể giảm nhiệt do IR2104 tạo ra bằng cách giảm khối lượng công việc của nó.Ví dụ, khi hệ thống không yêu cầu công suất cao, chúng ta có thể xem xét giảm điện áp đầu vào của IR2104.Giảm điện áp đầu vào có thể trực tiếp làm giảm mức tiêu thụ năng lượng bên trong của chip, từ đó làm giảm sự phát nhiệt của nó.Tất nhiên, trong khi hạ thấp điện áp, chúng ta cần đảm bảo rằng IR2104 vẫn hoạt động đúng và đáp ứng các yêu cầu hiệu suất của hệ thống.

Tản nhiệt/tản nhiệt: tản nhiệt hoặc tản nhiệt là một cách phổ biến để tiêu tan nhiệt.Bằng cách cài đặt một tản nhiệt xung quanh hoặc trên IR2104, khu vực tản nhiệt có thể được tăng lên một cách hiệu quả, do đó làm giảm nhiệt độ vận hành của chip.Khi thiết kế tản nhiệt, chúng ta nên xem xét đầy đủ dòng điện hoạt động của chip, nhiệt độ môi trường xung quanh và các yếu tố khác để đảm bảo rằng hiệu ứng tản nhiệt là tối ưu.

Tối ưu hóa bố cục PCB: Trong thiết kế PCB, để tránh nhiễu nhiệt với IR2104 gây ra bởi các thành phần khác tạo ra nhiều nhiệt hơn, chúng ta nên đặt các thành phần này ra khỏi chip.Các thành phần như MOSFET hoặc IGBT năng lượng cũng tạo ra rất nhiều nhiệt khi chúng hoạt động và nếu chúng quá gần IR2104, nhiệt của chúng có thể được chuyển sang chip, dẫn đến tăng nhiệt độ chip.Do đó, khi đặt chip ra, chúng ta nên đảm bảo rằng các thành phần này tạo ra nhiều nhiệt hơn được giữ ở một khoảng cách nhất định từ IR2104 để giảm thiểu ảnh hưởng của nhiệt trên chip.

Vấn đề vùng chết

Là một trình điều khiển phía cao và phía thấp, IR2104 được thiết kế đặc biệt để điều khiển các mạch cầu H.Nó có thể giải quyết hiệu quả vấn đề vùng chết trong các mạch cầu H.Dưới đây là một số cách IR2104 giải quyết vấn đề vùng chết trong các mạch ổ đĩa H-Bridge:

Bồi thường thời gian chết: Trình điều khiển IR2104 cung cấp pin bồi thường thời gian chết.Bằng cách điều chỉnh điện áp của pin này, lượng bù của thời gian chết có thể được đặt.Bằng cách tăng hoặc giảm bù thời gian chết, chênh lệch thời gian giữa MOS cao cấp và MOS cấp thấp có thể được điều chỉnh để giải quyết vấn đề vùng chết.

Ổ đĩa lưỡng cực: Trình điều khiển IR2104 có thể điều khiển BẬT và TẮT của MOS cao cấp và MOS cấp thấp cùng một lúc.Điều này đảm bảo rằng sự khác biệt về thời gian giữa MOS cao cấp và MOS cấp thấp được kiểm soát chính xác để tránh các vấn đề về vùng chết.

Cài đặt thời gian trễ: Trình điều khiển IR2104 có pin chuyên dụng để đặt thời gian trễ.Bằng cách điều chỉnh điện dung và điện trở trên pin, thời gian trễ giữa MOS cao cấp và MOS cấp thấp có thể được đặt.Việc tăng thời gian trễ có thể đảm bảo rằng MOS cao cấp và MOS cấp thấp sẽ không được bật hoặc tắt cùng một lúc, do đó tránh được sự cố của các vấn đề vùng chết.

Câu hỏi thường gặp [Câu hỏi thường gặp]

Q1.Tại sao chúng ta cần trình điều khiển MOSFET?

Trình điều khiển cổng có lợi cho hoạt động MOSFET vì ổ đĩa dòng điện cao được cung cấp cho cổng MOSFET làm giảm thời gian chuyển đổi giữa các giai đoạn bật/tắt cổng dẫn đến tăng công suất MOSFET và hiệu quả nhiệt.

Q2.Điện áp tối đa của IR2104 là bao nhiêu?

Kênh nổi có thể được sử dụng để điều khiển MOSFET hoặc IGBT của kênh N trong cấu hình bên cao hoạt động từ 10 đến 600 volt.

Q3.IR2104 được sử dụng để làm gì?

IR2104 là một trình điều khiển MOSFET và IGBT điện áp cao, tốc độ cao với các kênh đầu ra được tham chiếu cao và thấp phụ thuộc.Các công nghệ CMOS miễn dịch HVIC và chốt cho phép xây dựng nguyên khối gồ ghề.Đầu vào logic tương thích với các puts CMOS hoặc LSTT tiêu chuẩn.

Q4.Sự khác biệt giữa IR2101 và IR2104 là gì?

IR2104 là một trình điều khiển MOSFET và IGBT điện áp cao, tốc độ cao với các kênh đầu ra được tham chiếu cao và thấp độc lập.So sánh, IR2101 là một trình điều khiển phụ cao và thấp.IRS2104 là một sản phẩm HVIC mới thay thế IR2101 và tương thích với Pin-to Pin với người tiền nhiệm.