在做智慧型車的驅動電路時,最常用的一套方案就是使用ir2104配合nmos-lr7843進行全橋控制。以前布驅動的時候為了保險2104的線都給了》50mil,這樣實在太佔位置了。但確定最小線寬必須弄明白ir2104這玩意到底為什麼可以驅動全橋?原理是什麼?要過多大電流?這是之前一直弄不明白的。
終於,忍無可忍的我翻開了技術手冊,弄明白了這一千古疑團…………
sd訊號為使能訊號,高電平有效,晶元工作。
in為高電平時ho為高,lo為低;in為低電平時,ho為低,lo為高電平。我們的pwm訊號就是在這裡輸入(因為片內自帶了cmos和lsttl電平兼容器,可以直接輸入而不用考慮電平轉換)。
vb是高側浮動電源輸入腳,ho是高側門極驅動輸出,vs是高側浮動電源回流。這三個控制上半橋的mos導通。
vcc是低側浮動及參考電源輸入腳,lo是低側門極驅動輸出,com是低側回流。這三個控制下半橋的mos導通。
ir2104可以控制半橋的核心在於其vb和vs腳之間外接的「自舉電容」。那麼何謂自舉呢?以典型電路為例:
此半橋電路的上下橋臂功率管是交替導通的。每當下橋臂開通,上橋臂q1關斷時vs腳的電位為下橋臂q2的飽和導通壓降,基本上接近地電位。此時vcc通過自舉二極體對vb和vs間的自舉電容c1充電使其接近vcc電壓。
當q2關斷時,基於內部的cmos結構(具體見下面內部圖),ho和vs之間斷開,ho和vb之間導通。同時,vs端的電壓會公升高,由於c1電壓不能突變為vcc,vcc與vb間又有自舉二極體,因此vb點的電位接近於vs點電位和c1上電壓之和。所以此時vb(ho)和vs之間的壓差就為vcc電壓,利用這個壓差就可以開啟上橋臂。
總結一下:當q1開通時,自舉電容c1作為乙個浮動的電壓源驅動q1,導通上橋臂;而q2開通後,q1關斷,vs處的浮動電源消失,c1在開通期間損失的電荷在又會得到補充。如此迴圈,即可控制q1和q2進行半橋驅動。這種自舉供電方式就是利用vs端的電平在高低電平之間不停地擺動來實現的,由於自舉電路無需浮動電源,因此是最便宜的。
因為自舉電容器上的電壓基於高階輸出電晶體源極電壓上下浮動,所以圖中的d和c1是ir2104在脈寬調變(pwm)應用時最需要嚴格挑選和設計的元器件。只有根據一定的規則進行計算分析,並在電路實驗時進行調整,才能使電路工作處於最佳狀態。
d是乙個重要的自舉器件,應能阻斷直流幹線上的反向高壓,其承受的電流是柵極電荷與開關頻率之積。同時為了減少電荷損失,應選擇反向漏電流小的快恢復或者肖特基二極體。
晶元內高壓部分的供電都來自圖中自舉電容c2上的電荷,所以為了保證高壓部分電路有足夠的能量供給,應適當選取c2的大小。
這個驅動設計單從訊號邏輯上分析比較容易理解,但要深入的理解和更好的應用,就需要對電路做較深入的分析,對一些外圍元件的引數確定做理論分析計算。現在對內部結構進行簡單的分析:
晶元被選中後,輸入的訊號經過死區/擊穿保護電路後分兩路分別送入上下兩組cmos電路。下路是「0」控制導通,直接送入訊號;上路是「1」導通,先通過高脈衝電流緩衝級(high pulse current buffer stage)控制完成訊號緩衝以及電平的轉換(個人理解,因為上半橋電壓來受外部電源影響,需要轉換),再送入訊號。
初始寫0時:下路cmos上管導通,lo由浮空抬壓至晶元電源電位,因此lo和com之間產生導通電壓vcc,下半橋mos導通;上路cmos下管導通,ho和vs短路,上半橋mos關斷。
當寫1時,上路cmos上管導通,依靠電容自舉,ho和vs間產生導通電壓vcc,上半橋mos導通;下路cmos下路導通,lo和com短路,下班橋mos關斷。
所以可見,ir2104電源電壓必須大於選擇的mos或者igbt管的導通電壓,比如我們智慧型車電路裡2104用的12v就大於lr7843的導通4.5v。
所以,作為控制mos導通的門極驅動器,它最大也只過200多ma的電流,就給20mil足以。
好了,睡覺~
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