Analisis Teknis dan Panduan Desain Chip Driver Half-Bridge IRS2153DPBF

  ^{21 Agustus 2025 Berita — Dengan kemajuan pesat teknologi penggerak motor dan elektronika daya, chip driver setengah jembatan IRS2153DPBF menjadi solusi inti dalam kontrol motor industri karena kinerja teknisnya yang luar biasa dan keandalan yang tinggi. Memanfaatkan teknologi IC tegangan tinggi 600V yang canggih, chip ini mendukung rentang tegangan operasi VCC yang luas dari 10V hingga 20V, dengan arus diam hanya 1,7mA (tipikal) dan arus siaga di bawah 100μA. Chip ini mengintegrasikan dioda bootstrap dan rangkaian level-shift, memberikan dukungan penggerak setengah jembatan yang efisien untuk penyejuk udara frekuensi variabel, penggerak servo industri, dan catu daya switching. Frekuensi switching maksimum mencapai 200kHz, dengan perambatan}

^{akurasi pencocokan penundaan setinggi 50ns.}

^{IRS2153DPBF mengadopsi paket PDIP-8 standar berukuran 9,81mm×6,35mm×4,45mm, mengintegrasikan dioda bootstrap dan fungsionalitas level-shift. Chip ini menggabungkan rangkaian pencocokan penundaan perambatan dengan nilai tipikal 50ns, sementara penundaan perambatan penggerak sisi tinggi dan sisi rendah masing-masing adalah 480ns dan 460ns (pada VCC=15V). Rentang suhu sambungannya yang beroperasi mencakup -40℃ hingga 150℃, dengan rentang suhu penyimpanan -55℃ hingga 150℃. Bahan paket bebas timbal sesuai dengan standar RoHS. Logika input kompatibel dengan level CMOS 3.3V/5V, dan tahap output menggunakan struktur totem-pole dengan arus output puncak mencapai +290mA/-600mA.}

^{Chip ini mengintegrasikan perlindungan penguncian tegangan kurang (UVLO) yang komprehensif, dengan ambang batas UVLO sisi tinggi dan sisi rendah masing-masing 8.7V/8.3V (hidup/mati) dan 8.9V/8.5V, menampilkan tegangan histeresis 50mV. Diproduksi menggunakan teknologi CMOS tahan noise canggih, chip ini memberikan kekebalan noise mode umum sebesar ±50V/ns dan kekebalan dV/dt hingga 50V/ns. Waktu mati internal tetap 520ns secara efektif mencegah shoot-through, sambil mendukung perpanjangan waktu mati eksternal. Dioda bootstrap menawarkan toleransi tegangan balik 600V, arus maju 0,36A, dan waktu pemulihan balik hanya 35ns.} 

^{1. Penggerak Kompresor Penyejuk Udara Frekuensi Variabel: Mendukung frekuensi switching PWM 20kHz dengan kemampuan arus penggerak yang memenuhi sebagian besar persyaratan IGBT dan MOSFET}

^{2. Penggerak Servo Industri: Mampu menggerakkan struktur setengah jembatan dalam inverter tiga fase dengan dukungan frekuensi switching 100kHz}

^{3. Penyearahan Sinkron Catu Daya Switching: Mencapai efisiensi konversi melebihi 95%, sangat cocok untuk catu daya komunikasi dan server}

^{4. Modul Daya Kepadatan Tinggi: Desain paketnya yang ringkas mengakomodasi kepadatan daya lebih dari 50W/in³}

Karakteristik Tambahan:

^{Tegangan Maju Dioda: 1.3V (tipikal) pada IF=0.1A
Waktu Pemulihan Balik: 35ns (maks)
Resistansi Output: 4.5Ω (tipikal) dalam keadaan tinggi
Kekebalan dV/dt: ±50V/ns (min)
Suhu Penyimpanan: -55℃ hingga 150℃
Resistansi Termal Paket: 80℃/W (θJA)}

1. Pin VCC: Membutuhkan koneksi paralel kapasitor keramik 0.1μF dan kapasitor elektrolit 10μF
 

2. Kapasitor Bootstrap: Direkomendasikan kapasitor keramik 0.1μF/25V X7R dengan toleransi ≤±10%
 

3. Penggerak Gerbang: Resistor gerbang seri 10Ω (peringkat daya ≥0.5W) untuk output sisi tinggi dan sisi rendah

4.Perlindungan Tegangan Lebih: Tambahkan dioda Zener 18V/1W antara VS dan COM
 

5. Dioda Bootstrap: Dioda pemulihan ultra cepat dengan waktu pemulihan balik <35ns dan peringkat tegangan balik ≥600V

6.Tata Letak PCB:
   Tempatkan komponen bootstrap sedekat mungkin dengan chip
   Pertahankan jarak minimal 2mm untuk jejak tegangan tinggi
   Terapkan koneksi titik-bintang untuk ground daya dan ground kontrol

Deskripsi Desain

Topologi Rangkaian: Desain ini mengadopsi arsitektur penggerak setengah jembatan, dengan IRS2153DPBF sebagai chip driver inti, dikombinasikan dengan MOSFET daya eksternal untuk membentuk rangkaian setengah jembatan yang lengkap. Saluran penggerak sisi tinggi dan sisi rendah mengintegrasikan struktur catu daya bootstrap untuk memastikan pengiriman daya yang stabil untuk penggerak sisi tinggi.

Spesifikasi Pemilihan Komponen Kunci

^{1. Resistor Gerbang (R1, R2)}

^{Resistansi: 10Ω ±1%}

^{Peringkat Daya: 0.5W (persyaratan minimum)}

^{Jenis: Resistor film logam, tegangan tahan ≥50V}

^{Koefisien Suhu: ±50ppm/℃}

^{2.Resistor Bootstrap (R3)}

^{Resistansi: 100Ω ±5%}

^{Fungsi: Membatasi arus pengisian kapasitor bootstrap}

^{Peringkat Daya: 0.25W}

^{3.Resistor Penginderaan Arus (R4-R10)}

^{Resistansi: 0.1Ω ±1%}

^{Peringkat Daya: 2W (berdasarkan perhitungan arus maksimum)}

^{Jenis: Resistor foil logam, desain induktansi rendah}

^{Koefisien Suhu: ±50ppm/℃}

^{4.Resistor Jaringan Pembagi Tegangan (R11-R20)}

^{Toleransi Resistansi: ±1%}

^{Koefisien Suhu: ±25ppm/℃}

^{Tegangan Terukur: ≥100V}

^{Persyaratan Tata Letak dan Perutean}

^{1. Tata Letak Loop Daya}

^{Area loop switching sisi tinggi ≤ 2cm²}

^{Loop switching sisi rendah diatur secara simetris dengan loop sisi tinggi}

^{Ground daya dirancang dengan koneksi titik-bintang}

^2.Perutean Jejak Sinyal

^{Panjang jejak sinyal penggerak ≤ 5cm}

^{Perutean pasangan diferensial dengan jarak = 2× lebar jejak}

^{Jejak sinyal melintasi jejak daya secara tegak lurus; hindari perutean paralel}

^{3.Pertimbangan Desain Termal}

^{Resistor daya menggunakan desain disipasi panas sisi bawah}

^{Area tuang tembaga sisi belakang chip ≥ 25mm²}

^{Array vias termal: pitch 1.2mm, diameter 0.3mm}

Desain Rangkaian Perlindungan

^{1. Perlindungan Arus Lebih}

^{Rangkaian komparator dengan waktu respons 100ns}

^{Ambang perlindungan: 25A ±5%}

^{Waktu pengosongan perangkat keras: 200ns}

^{2.Perlindungan Suhu Lebih}

^{Sensor suhu ditempatkan di tengah perangkat daya}

^{Ambang perlindungan: 125℃ ±5%}

^{Rentang histeresis: 15℃}

^{3.Perlindungan Tegangan Kurang}

^{Penguncian tegangan kurang VCC: 8.7V/8.3V (hidup/mati)}

^{Deteksi tegangan kurang VB: 10.5V ±0.2V}

^{Histeresis pemulihan perlindungan: 0.4V}

^{Desain Keandalan}

^{1. Desain Derating}

^{Derating daya resistor: <75% dari nilai terukur}

^{Derating tegangan: <80% dari nilai terukur}

^{Derating arus: <70% dari nilai terukur}

^{2.Adaptabilitas Lingkungan}

^{Suhu pengoperasian: -40℃ hingga 125℃}

^{Rentang kelembaban: 5% hingga 95% RH}

^{Peringkat perlindungan: IP20}

^{3. Indikator Umur}

^{Umur desain: >100.000 jam}

^{MTBF: >500.000 jam}

^{Tingkat kegagalan: <100ppm}

Catatan: Analisis ini didasarkan pada dokumentasi teknis IRS2153DPBF; silakan merujuk ke lembar data resmi untuk detail desain spesifik.