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IR2104 Guía integral: conductores de medio puente de alto rendimiento

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IR2104 Descripción

El IR2104 es un controlador de medio puente que acepta una entrada de baja potencia para emitir una unidad de corriente alta y suministra la puerta de un transistor de alta potencia, como un MOSFET de potencia.Además, el controlador de puerta IR2104 se puede usar como una palanca de cambios y un amplificador de potencia.Los canales de salida de los controladores IGBT y MOSFET funcionan en referencias de lado alto y bajo, mientras que las entradas lógicas funcionan con lógica de 3.3V y son compatibles con las salidas LSTTL y CMOS.Ninguna de estas tecnologías está sujeta a HVC y pestillos patentados, por lo que permite la construcción monolítica.

El circuito de unidad IR2104 se compone principalmente de tres partes: etapa de entrada, control lógico y etapa de salida.La etapa de entrada incluye un aislador de entrada y un circuito de filtro de entrada para aislar la señal de control y el ruido de la fuente de alimentación.El control lógico incluye una etapa de entrada lógica y una etapa de salida lógica, que se utilizan para recibir señales de control y generar señales de accionamiento.La etapa de salida incluye el controlador y las etapas de alimentación para conducir MOSFET o IGBT.

Modelos alternativos:

• IR2101S

• IR2102S

• IR2103

• IR2103S

• Ir2104pbf

IR2104 Características del circuito del controlador de medio puente

Rango de voltaje operativo amplio: IR2104 admite un amplio rango de voltaje operativo, de 10 V a 20V, adecuado para diferentes necesidades de conducción.

Detección de corriente interna: IR2104 tiene una función de detección de corriente interna que puede medir y retroceder la corriente del MOSFET del lado bajo para lograr el control de circuito cerrado.

Alta eficiencia: IR2104 adopta un diseño altamente integrado, y el circuito del controlador tiene las características de alta eficiencia y bajo consumo de energía.La tecnología de la bomba de carga puede proporcionar señales de conducción de alta frecuencia, lo que permite que MOSFET cambie rápidamente y reduzca la pérdida de energía.

Funciones de protección: IR2104 tiene una variedad de funciones de protección, que incluyen protección sobre temperatura, protección contra la corriente de corriente y funciones de bloqueo por insuficiencia insuficiente.Estas funciones de protección pueden proteger efectivamente el circuito y mejorar la confiabilidad del sistema.

Capacidad de conducción de alta corriente: IR2104 integra conductores de lado alto y bajo con una fuerte capacidad de conducción.Puede proporcionar capacidades operativas de corriente de alta corriente e instantánea de alto pico y es adecuado para aplicaciones de alta potencia.

IR2104 Principio de trabajo del conductor de medio puente

Este diseño de controlador es relativamente fácil de entender en función del análisis de lógica de señal, pero para lograr una comprensión profunda y una mejor aplicación, necesitamos realizar un análisis más profundo del circuito y realizar análisis y cálculos teóricos para determinar los parámetros de algunosComponentes periféricos.Ahora, realizamos un análisis simple de la estructura interna.Cuando se selecciona el chip, la señal de entrada pasará a través de la zona muerta o el circuito de protección de descomposición, y luego se dividirá en dos canales y se enviará a los conjuntos superiores e inferiores de los circuitos CMOS respectivamente.Entre ellos, la ruta inferior está controlada por "0" para conducir, y la señal se envía directamente;Mientras que la ruta superior se enciende por "1", la señal será controlada primero por la etapa de tampón de corriente de pulso alta para completar el amortiguación de la señal y la conversión de nivel, y luego enviar Enter.

Cuando 0 se escribe inicialmente: el transistor superior CMOS inferior se enciende y LO se eleva desde el estado flotante hasta el potencial de fuente de alimentación del chip.Por lo tanto, el voltaje de conducción VCC se genera entre LO y COM, lo que hace que se enciendan los MOS del medio puente inferior;Al mismo tiempo, se enciende el transistor inferior CMOS superior, y HO y VS están cortocircuitados, lo que hace que el MOS de medio puente superior se apague.

Cuando se escribe inicialmente: el transistor superior CMOS superior se enciende y se basa en el efecto de arranque del condensador, el voltaje de conducción VCC se genera entre HO y VS, lo que hace que el MOS del medio puente superior se encienda;Mientras que el transistor inferior inferior se enciende, LO y Com están cortocircuitados, lo que hace que se apaguen el MOS del medio puente inferior.

Se puede ver que el voltaje de la fuente de alimentación de IR2104 debe ser mayor que el voltaje de conducción del tubo MOS o IGBT seleccionado.Por ejemplo, en el circuito de automóvil inteligente, el voltaje de la fuente de alimentación de 12 V utilizado por IR2104 es mayor que el voltaje de encendido de LR7843, 4.5V.Este diseño garantiza el funcionamiento normal del conductor y evita efectivamente la degradación del rendimiento o el daño causado por un voltaje insuficiente.

Aplicación práctica de IR2104

IR2104 tiene una amplia gama de usos en aplicaciones prácticas.A continuación se introducen dos circuitos de aplicación típicos:

Circuito de accionamiento de puente completo

El circuito del controlador de puente completo es una de las aplicaciones más comunes de IR2104.Por lo general, consta de dos chips IR2104 y cuatro MOSFET e inductores de potencia.En este circuito, dos IR2104 son responsables de controlar los interruptores de los MOSFET en los lados superiores e inferiores, respectivamente, para convertir la potencia de CC a la alimentación de CA.Al controlar con precisión la velocidad de conmutación y el ciclo de trabajo de los MOSFET en ambos lados, puede lograr una conversión de potencia y un control de salida eficiente.Este tipo de circuito de accionamiento de puente completo a menudo se usa en la conversión de potencia, el inversor y otros campos.

Circuito de accionamiento de medio puente

El circuito de accionamiento de medio puente es otra aplicación importante de IR2104.Por lo general, consiste en un chip IR2104, un MOSFET de potencia y un inductor.En este circuito, IR2104 es responsable de generar la señal PWM y convertir la alimentación de CC a la alimentación de CA controlando la conmutación del MOSFET.El IR2104 puede controlar la velocidad de conmutación y el ciclo de trabajo de MOSFET para lograr un control preciso del voltaje de salida y la corriente.Este circuito de accionamiento de medio puente se usa ampliamente en unidades de motor DC, inversores y otros campos.

Condiciones de funcionamiento recomendadas de IR2104

El diagrama de sincronización lógica de entrada o salida se muestra en la siguiente figura.Para un funcionamiento adecuado, el dispositivo debe usarse dentro de las condiciones recomendadas.La calificación de compensación VS se prueba con todos los suministros sesgados a 15 V diferenciales.

¿Cuáles son las medidas de disipación de calor para IR2104?

Las siguientes son algunas medidas comunes de disipación de calor IR2104:

Uso de materiales térmicamente conductores

Podemos usar materiales térmicamente conductores, como la silicona térmicamente conductiva o las láminas conductivas térmicas, entre el IR2104 y el disipador térmico o PCB, para mejorar significativamente la eficiencia de la transferencia de calor y reducir la resistencia térmica, mejorando en gran medida el efecto general de disipación de calor.La silicona térmicamente conductora, como adhesiva con alta conductividad térmica, se puede adherir firmemente a la superficie del IR2104 y el disipador de calor o PCB, llenando efectivamente los pequeños huecos entre ellos, reduciendo así la resistencia térmica.

Reducir la carga de trabajo

También podemos reducir el calor generado por el IR2104 reduciendo su carga de trabajo.Por ejemplo, cuando el sistema no requiere una alta potencia de salida, podemos considerar reducir el voltaje de entrada de IR2104.Bajar el voltaje de entrada puede reducir directamente el consumo de energía interno del chip, lo que a su vez reduce su generación de calor.Por supuesto, al reducir el voltaje, debemos asegurarnos de que el IR2104 todavía funcione correctamente y cumpla con los requisitos de rendimiento del sistema.

Disipador de calor/disipador de calor: el disipador de calor o el disipador de calor es una forma común de disipar el calor.Al instalar un disipador térmico alrededor o por encima del IR2104, el área de disipación de calor se puede aumentar de manera efectiva, lo que reduce la temperatura de funcionamiento del chip.Al diseñar el disipador de calor, debemos considerar completamente la corriente de funcionamiento del chip, la temperatura ambiente y otros factores para garantizar que el efecto de disipación de calor sea óptimo.

Optimice el diseño de PCB: en el diseño de PCB, para evitar la interferencia térmica con IR2104 causada por otros componentes que generan más calor, debemos colocar estos componentes lejos del chip.Los componentes como MOSFET de potencia o IGBT también generan mucho calor cuando están funcionando, y si están demasiado cerca del IR2104, su calor puede transferirse al chip, lo que resulta en un aumento en la temperatura de los chips.Por lo tanto, al exponer el chip, debemos asegurarnos de que estos componentes que generan más calor se mantengan a cierta distancia desde el IR2104 para minimizar el efecto del calor en el chip.

Problema de la zona muerta

Como un controlador de lado alto y bajo, IR2104 está especialmente diseñado para conducir circuitos de puente H.Puede resolver efectivamente el problema de la zona muerta en los circuitos de puente H.Aquí hay algunas formas en que IR2104 resuelve el problema de la zona muerta en los circuitos de transmisión H-Bridge:

Compensación de tiempo muerto: el conductor IR2104 proporciona un pin de compensación de tiempo muerto.Al ajustar el voltaje de este pin, se puede establecer la cantidad de compensación del tiempo muerto.Al aumentar o disminuir la compensación del tiempo muerto, la diferencia de tiempo entre el MOS de gama alta y el MOS de gama baja se puede ajustar para resolver el problema de la zona muerta.

Drive bipolar: el controlador IR2104 puede controlar el encendido y apagado de MOS de alta gama y MOS de gama baja al mismo tiempo.Esto asegura que la diferencia horaria entre MOS de alta gama y MOS de gama baja se controle con precisión para evitar problemas de zona muerta.

Configuración de tiempo de retraso: el controlador IR2104 tiene un PIN dedicado para configurar el tiempo de retraso.Al ajustar la capacitancia y la resistencia en el pasador, se puede establecer el tiempo de retraso entre el MOS de gama alta y el MOS de gama baja.Aumentar el tiempo de retraso puede garantizar que el MOS de gama alta y el MOS de gama baja no se activen o apaguen al mismo tiempo, evitando así la ocurrencia de problemas de zona muerta.

Preguntas frecuentes [Preguntas frecuentes]

Q1.¿Por qué necesitamos controladores MOSFET?

Los conductores de la puerta son beneficiosos para la operación de MOSFET porque la unidad de alta corriente proporcionada a la puerta MOSFET disminuye el tiempo de conmutación entre las etapas de encendido/apagado de la puerta que conduce a una mayor potencia de MOSFET y eficiencia térmica.

Q2.¿Cuál es el voltaje máximo de IR2104?

El canal flotante se puede usar para conducir un MOSFET o IGBT de alimentación N-canal en la configuración del lado alto que funciona de 10 a 600 voltios.

Q3.¿Para qué se usa IR2104?

El IR2104 es un controlador MOSFET e IGBT de alta velocidad y alta velocidad con canales de salida de referencia de lado alto y bajo dependiente.Las tecnologías de CMOS inmunes de HVIC e inmunes patentadas permiten la construcción monolítica robusta.La entrada lógica es compatible con CMOS estándar o PUT LSTTL.

Q4.¿Cuál es la diferencia entre IR2101 e IR2104?

El IR2104 es un controlador MOSFET e IGBT de alta velocidad y alto voltaje con canales de salida de referencia de lado alto y bajo independiente.En comparación, el IR2101 es un conductor lateral alto y bajo.El IRS2104 es un nuevo producto HVIC que reemplaza el IR2101 y es compatible con el pin a pin con su predecesor.