IRS2153DPBF Half-Bridge Driver Chip Technische analyse en ontwerpgids

^{Met de snelle vooruitgang van de motor en de power electronics technologie,De half-bridge driver chip IRS2153DPBF wordt een kernoplossing in industriële motorbesturing vanwege zijn uitzonderlijke technische prestaties en hoge betrouwbaarheidDe chip maakt gebruik van geavanceerde 600V hoogspannings-IC-technologie en ondersteunt een breed VCC-operatiespanningsbereik van 10V tot 20V, met een stilstandsstroom van slechts 1.7mA (typisch) en standby-stroom onder 100μAHet integreert een bootstrap diode en level-shift circuit, het verstrekken van efficiënte half-brug aandrijving ondersteuning voor variabele frequentie airconditioners, industriële servo aandrijvingen en schakelen stroomvoorziening.De maximale schakelfrequentie bereikt 200 kHz, met verspreiding}

^{een accuraatheid van 50 ns.}

^{De IRS2153DPBF heeft een standaard PDIP-8 pakket met een afmeting van 9,81 mm × 6,35 mm × 4,45 mm, met een bootstrapdiode en een functionaliteit voor niveauverschuiving.De chip bevat een verspreidingsvertraging matching circuit met een typische waarde van 50ns, terwijl de hoog- en laagzijdige voortplantingsvertragingen respectievelijk 480ns en 460ns zijn (bij VCC=15V).met een opslagtemperatuur van -55 °C tot 150 °CHet loodvrije verpakkingsmateriaal voldoet aan de RoHS-normen.en het uitgangsstadium maakt gebruik van een totempoolstructuur met piekuitgangsstromen die +290mA/-600mA bereiken.}

^{De chip is voorzien van een uitgebreide UVLO-bescherming (Undervoltage Lockout), met een hoge en een lage UVLO-drempel van respectievelijk 8,7 V/8,3 V (aan/uit) en 8,9 V/8,5 V,met een hysteresespanning van 50 mVHet is vervaardigd met behulp van geavanceerde geluidsdichte CMOS-technologie en biedt een geluidsdichtheid van ± 50 V/ns en een dV/dt-dichtheid tot 50 V/ns.De interne vaste deadtime van 520ns voorkomt effectief door schietenDe bootstrap diode biedt 600V omgekeerde spanning tolerantie, 0,36A voorwaarts stroom, en een omgekeerde hersteltijd van slechts 35ns.}

^{1.Variable-Frequency Air Conditioner Compressor Drives: Ondersteunt 20kHz PWM schakelfrequentie met aandrijfkerncapaciteit die voldoet aan de meeste IGBT- en MOSFET-vereisten}

^{2.Industriële servo-aandrijvingen: geschikt voor het aandrijven van halfbrugconstructies in driefase-omvormers met ondersteuning voor een schakelfrequentie van 100 kHz}

^{3.Switching Power Supply Synchrone rectificatie: bereikt een conversie-efficiëntie van meer dan 95%, met name geschikt voor communicatie- en servervoorraden}

^{4.High-Density Power Modules: Het compacte ontwerp van het pakket biedt ruimte voor een vermogen van meer dan 50 W/in3}

Aanvullende kenmerken:

^{Diode naar vorenspanning: 1,3 V (typisch) bij IF=0,1 A
Veranderlijke hersteltijd: maximaal 35 ns
Uitgangsweerstand: 4,5Ω (typisch) in hoge toestand
dV/dt Immuniteit: ±50V/ns (min)
Bergingstemperatuur: -55°C tot 150°C
Verpakkingswarmteweerstand: 80°C/W (θJA)}

1.VCC Pin: vereist parallelle aansluiting van een keramische condensator van 0,1 μF en een elektrolytische condensator van 10 μF
 

2.Bootstrap condensator: Aanbevolen 0.1μF/25V X7R keramische condensator met tolerantie ≤±10%
 

3.Gate Driving: Series 10Ω-gateweerstanden (kwaliteitsvermogen ≥ 0,5 W) voor zowel hoge als lage uitgangen

4.Overspanningsbescherming: Voeg 18V/1W Zenerdiode toe tussen VS en COM
 

5.Bootstrap-diode: ultrasnelle hersteldiode met een omgekeerde hersteltijd van < 35 ns en een nominale omgekeerde spanning van ≥ 600 V

6.PCB-opstelling:
Plaats bootstrap componenten zo dicht mogelijk bij de chip
Behoud van een minimale afstand van 2 mm voor hoogspanningsspuren
Implementeren van star-point verbinding voor power ground en control ground

Beschrijving van het ontwerp

Circuit Topology: Dit ontwerp gebruikt een half-bridge drive-architectuur, met de IRS2153DPBF als de kerndriver chip, gecombineerd met externe power MOSFETs om een compleet half-bridge circuit te vormen.Zowel de high-side als de low-side aandrijving kanalen integreren bootstrap stroomvoorziening structuren om een stabiele stroomtoevoer voor de high-side aandrijving te garanderen.

Specificaties voor de selectie van belangrijke componenten

^{1.Poortweerstanden (R1, R2)}

^{Weerstand: 10Ω ± 1%}

^{Nomenclatuurvermogen: 0,5 W (minimum vereiste)}

^{Type: metalen filmweerstand, bestand tegen spanning ≥ 50V}

^{Temperatuurcoëfficiënt: ±50ppm/°C}

^{2.Bootstrapresistor (R3)}

^{Weerstand: 100Ω ± 5%}

^{Functie: Beperkingen bootstrap condensator oplaadstroom}

^{Vermogen: 0,25 W}

^{3.Stroomgevoelige weerstanden (R4-R10)}

^{Weerstand: 0,1Ω ± 1%}

^{Vermogen: 2 W (gebaseerd op de berekening van de maximale stroom)}

^{Type: metalen folieweerstand, ontwerp met lage inductantie}

^{Temperatuurcoëfficiënt: ±50ppm/°C}

^{4.Spanningsverdelingsnetwerkarresistenten (R11-R20)}

^{Weerstand Tolerantie: ±1%}

^{Temperatuurcoëfficiënt: ±25 ppm/°C}

^{Nominale spanning: ≥ 100 V}

^{Layout- en routingvereisten}

^{1.Power Loop Layout}

^{Hoogste schakelaarschijf ≤ 2 cm2}

^{De onderzijde van de schakelaarsluiting is symmetrisch ingericht met de bovenzijde van de schakelaarsluiting}

^{Power ground ontworpen met star-point verbinding}

^2.Signal trace routing

^{Trace-lengte van aandrijfssignaal ≤ 5 cm}

^{Differentiële routering van paren met afstand = 2 × spoorbreedte}

^{Signalspuren kruisen krachtspuren loodrecht; vermijd parallelle routing}

^{3.Termische ontwerpoverwegingen}

^{Krachtweerstanden maken gebruik van een warmteafvoerontwerp aan de onderkant}

^{Splinterachterkant koper gietoppervlak ≥ 25 mm2}

^{Thermisch via array: 1,2 mm pitch, 0,3 mm diameter}

Beschermingscircuitontwerp

^{1.Bescherming tegen overstromingen}

^{Comparatorcircuit met reactietijd van 100 ns}

^{Beschermingsdrempel: 25 A ± 5%}

^{Hardwareblankingstijd: 200 ns}

^{2.Bescherming tegen overtemperatuur}

^{Temperatuursensor in het midden van het vermogen apparaat geplaatst}

^{Beschermingsdrempel: 125°C ±5%}

^{Hysteresiebereik: 15°C}

^{3.Onderspanningsbescherming}

^{VCC-onderspanningsvergrendeling: 8,7V/8,3V (aan/uit)}

^{VB-onderspanningsdetectie: 10,5 V ± 0,2 V}

^{Beschermingsherstelhysteresis: 0,4 V}

^{Betrouwbaarheidsontwerp}

^{1.Deating Design}

^{Vermogen van de weerstand: < 75% van de nominale waarde}

^{Spanningsspanningsvermindering: < 80% van de nominale waarde}

^{Standaard stressvermindering: < 70% van de nominale waarde}

^{2.Aanpassingsvermogen aan het milieu}

^{Werktemperatuur: -40°C tot 125°C}

^{Vochtigheidsbereik: 5% tot 95% RH}

^{Bescherming: IP20}

^{3.Lifetime Indicators}

^{Designlevensduur: >100.000 uur}

^{MTBF: >500.000 uur}

^{Verslechteringspercentage: < 100 ppm}

Opmerking:Deze analyse is gebaseerd op de technische documentatie van de IRS2153DPBF; voor specifieke ontwerpdetails zie het officiële gegevensblad.