IR2104的引脚定义:
芯片引脚意义(DataSheet)
SD信号为使能信号,高电平有效,芯片工作。
IN为高电平时HO为高,LO为低;IN为低电平时,HO为低,LO为高电平。我们的PWM信号就是在这里输入(因为片内自带了CMOS和LSTTL电平兼容器,可以直接输入而不用考虑电平转换)。
Vb是高侧浮动电源输入脚,HO是高侧门极驱动输出,Vs是高侧浮动电源回流。这三个控制上半桥的MOS导通。
Vcc是低侧浮动及参考电源输入脚,LO是低侧门极驱动输出,COM是低侧回流。这三个控制下半桥的MOS导通。
IR2104的典型电路及原理:
IR2104可以控制半桥的核心在于其Vb和Vs脚之间外接的“自举电容”。那么何谓自举呢?以典型电路为例:
此半桥电路的上下桥臂功率管是交替导通的。每当下桥臂开通,上桥臂Q1关断时Vs脚的电位为下桥臂Q2的饱和导通压降,基本上接近地电位。此时Vcc通过自举二极管对VB和VS间的自举电容C1充电使其接近Vcc电压。
当Q2关断时,基于内部的CMOS结构(具体见下面内部图),HO和Vs之间断开,HO和Vb之间导通。同时,Vs端的电压会升高,由于C1电压不能突变为Vcc,Vcc与Vb间又有自举二极管,因此Vb点的电位接近于Vs点电位和C1上电压之和。所以此时Vb(HO)和Vs之间的压差就为Vcc电压,利用这个压差就可以打开上桥臂。
总结一下:当Q1开通时,自举电容C1作为一个浮动的电压源驱动Q1,导通上桥臂;而Q2开通后,Q1关断,Vs处的浮动电源消失,C1在开通期间损失的电荷在又会得到补充。如此循环,即可控制Q1和Q2进行半桥驱动。这种自举供电方式就是利用Vs端的电平在高低电平之间不停地摆动来实现的,由于自举电路无需浮动电源,因此是最便宜的。
因为自举电容器上的电压基于高端输出晶体管源极电压上下浮动,所以图中的D和C1是IR2104在脉宽调制(PWM)应用时最需要严格挑选和设计的元器件。只有根据一定的规则进行计算分析,并在电路实验时进行调整,才能使电路工作处于最佳状态。
D是一个重要的自举器件,应能阻断直流干线上的反向高压,其承受的电流是栅极电荷与开关频率之积。同时为了减少电荷损失,应选择反向漏电流小的快恢复或者肖特基二极管。
芯片内高压部分的供电都来自图中自举电容C2上的电荷,所以为了保证高压部分电路有足够的能量供给,应适当选取C2的大小。
IR2104的内部原理:
这个驱动设计单从信号逻辑上分析比较容易理解,但要深入的理解和更好的应用,就需要对电路做较深入的分析,对一些外围元件的参数确定做理论分析计算。现在对内部结构进行简单的分析:
芯片被选中后,输入的信号经过死区/击穿保护电路后分两路分别送入上下两组CMOS电路。下路是“0”控制导通,直接送入信号;上路是“1”导通,先通过高脉冲电流缓冲级(high pulse current bufferstage)控制完成信号缓冲以及电平的转换(个人理解,因为上半桥电压来受外部电源影响,需要转换),再送入信号。
初始写0时:下路CMOS上管导通,LO由浮空抬压至芯片电源电位,因此LO和COM之间产生导通电压VCC,下半桥MOS导通;上路CMOS下管导通,HO和Vs短路,上半桥MOS关断。
当写1时,上路CMOS上管导通,依靠电容自举,HO和Vs间产生导通电压VCC,上半桥MOS导通;下路CMOS下路导通,LO和COM短路,下班桥MOS关断。
所以可见,IR2104电源电压必须大于选择的MOS或者IGBT管的导通电压,比如我们智能车电路里2104用的12V就大于LR7843的导通4.5V。
所以,作为控制MOS导通的门极驱动器,它最大也只过200多MA的电流,就给20mil足以。
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