IRS2153DPBF Analisi Tecnica e Guida alla Progettazione del Chip Driver Half-Bridge

^{21 agosto 2025 Notizie Con il rapido progresso del motore e della tecnologia elettronica,il chip driver a mezzo ponte IRS2153DPBF sta diventando una soluzione fondamentale nel controllo del motore industriale grazie alle sue eccezionali prestazioni tecniche e alla sua elevata affidabilitàUtilizzando l'avanzata tecnologia IC ad alta tensione da 600 V, il chip supporta un ampio intervallo di tensione di funzionamento VCC da 10 a 20 V, con una corrente quieta di solo 1.7mA (tipico) e corrente in standby inferiore a 100μA. Integra un diodo bootstrap e un circuito di spostamento di livello, fornendo un efficiente supporto all'azionamento a mezzo ponte per condizionatori d'aria a frequenza variabile, servo drive industriali e alimentatori di commutazione.La frequenza massima di commutazione raggiunge i 200 kHz, con propagazione}

^{accuratezza di abbinamento con ritardo fino a 50 ns.}

^{L'IRS2153DPBF adotta un pacchetto PDIP-8 standard di 9,81 mm × 6,35 mm × 4,45 mm, integrando un diodo bootstrap e funzionalità di spostamento di livello.Il chip incorpora un circuito di corrispondenza di ritardo di propagazione con un valore tipico di 50ns, mentre i ritardi di propagazione del propulsore a lato alto e a lato basso sono rispettivamente di 480 ns e 460 ns (a VCC=15 V).con una temperatura di conservazione compresa tra -55°C e 150°CIl materiale di imballaggio senza piombo è conforme agli standard RoHS.e lo stadio di uscita utilizza una struttura totem-pole con correnti di uscita di picco che raggiungono +290mA/-600mA.}

^{Il chip integra una protezione UVLO (comprehensive undervoltage lock-out), con soglie UVLO di 8,7 V/8,3 V (accensione/spenta) e 8,9 V/8,5 V rispettivamente,con tensione di isteresi di 50 mVProdotto utilizzando la tecnologia CMOS avanzata a resistenza al rumore, fornisce immunità al rumore in modalità comune di ± 50 V/ns e immunità dV/dt fino a 50 V/ns.Il tempo morto fisso internamente di 520ns impedisce efficacemente di sparareIl diodo bootstrap offre una tolleranza alla tensione inversa di 600V, corrente di avanzamento di 0,36A e un tempo di recupero inverso di soli 35ns.}

^{1.Conduttori del compressore del condizionatore d'aria a frequenza variabile: supporta la frequenza di commutazione PWM a 20 kHz con capacità di corrente di azionamento che soddisfa la maggior parte dei requisiti IGBT e MOSFET}

^{2.Servo drive industriali: in grado di azionare strutture a mezzo ponte in inverter trifase con supporto per frequenza di commutazione a 100 kHz}

^{3.Rettifica sincrona dell'alimentazione a commutazione: raggiunge un'efficienza di conversione superiore al 95%, particolarmente indicata per le fonti di alimentazione per comunicazioni e server}

^{4Moduli di potenza ad alta densità: il suo design compatto permette di accogliere densità di potenza superiori a 50 W/in3}

Altre caratteristiche:

^{Tensione di diodo in avanti: 1,3 V (tipico) a IF=0,1 A
Tempo di recupero inverso: 35 ns (massimo)
Resistenza di uscita: 4,5Ω (tipico) in stato elevato
dV/dt Immunità: ±50V/ns (min)
Temperatura di conservazione: -55°C a 150°C
Resistenza termica del pacchetto: 80°C/W (θJA)}

1.VCC Pin: richiede il collegamento parallelo di un condensatore ceramico da 0,1 μF e di un condensatore elettrolitico da 10 μF
 

2.Condensatore da bootstrap: raccomandato condensatore ceramico X7R da 0,1 μF/25 V con tolleranza ≤ ± 10%
 

3.Gate Driving: resistori di porta della serie 10Ω (potenza nominale ≥ 0,5W) per uscite sia a lato alto che a lato basso

4.Protezione da sovratensione: aggiungere un diodo Zener da 18V/1W tra VS e COM
 

5.Diodo da bootstrap: diodo di recupero ultraveloce con tempo di recupero inverso < 35ns e tensione nominale inversa ≥ 600V

6.Disposizione del PCB:
Posizionare i componenti bootstrap il più vicino possibile al chip
Mantenere una distanza minima di 2 mm per le tracce ad alta tensione
Attuazione della connessione a punto stellare per terra di potenza e terra di controllo

Descrizione del progetto

Topologia del circuito: Questo progetto adotta un'architettura di azionamento a mezzo ponte, con l'IRS2153DPBF come chip driver principale, combinato con i MOSFET di alimentazione esterna per formare un circuito completo a mezzo ponte.Sia i canali di azionamento del lato alto che del lato basso integrano strutture di alimentazione bootstrap per garantire una fornitura di energia stabile per l'azionamento del lato alto.

Specifiche di selezione dei componenti chiave

^{1.Resistenze di porta (R1, R2)}

^{Resistenza: 10Ω ± 1%}

^{Potenza nominale: 0,5 W (necessità minima)}

^{Tipo: resistore a pellicola metallica, resistente alla tensione ≥ 50 V}

^{Coefficiente di temperatura: ±50 ppm/°C}

^{2.Resistenza bootstrap (R3)}

^{Resistenza: 100Ω ± 5%}

^{Funzione: Limita la corrente di carica del condensatore bootstrap}

^{Potenza nominale: 0,25W}

^{3.Resistenze per il sensore di corrente (R4-R10)}

^{Resistenza: 0,1Ω ± 1%}

^{Potenza nominale: 2W (sulla base del calcolo della corrente massima)}

^{Tipo: resistore in foglio metallico, progettazione a bassa induttanza}

^{Coefficiente di temperatura: ±50 ppm/°C}

^{4.Resistenze di rete a divisore di tensione (R11-R20)}

^{Tolleranza di resistenza: ± 1%}

^{Coefficiente di temperatura: ±25 ppm/°C}

^{Tensione nominale: ≥ 100V}

^{Requisiti di layout e di routing}

^{1. Disposizione del circuito di alimentazione}

^{Superficie del circuito di commutazione superiore ≤ 2 cm2}

^{circuito di commutazione del lato inferiore disposto simmetricamente con circuito del lato superiore}

^{Terrazzo di potenza progettato con connessione a punto stellare}

^2.Routing di tracciamento del segnale

^{Lunghezza della traccia del segnale di trazione ≤ 5 cm}

^{Routing a coppia differenziale con spaziatura = 2 × larghezza della traccia}

^{Le tracce di segnale attraversano le tracce di potenza perpendicolarmente; evitare il routing parallelo}

^{3.Considerazioni di progettazione termica}

^{Le resistenze di potenza utilizzano il disegno di dissipazione del calore sul lato inferiore}

^{Superficie di versamento di rame sul retro della fetta ≥ 25 mm2}

^{Termica tramite array: passo 1,2 mm, diametro 0,3 mm}

Progettazione del circuito di protezione

^{1.Protezione da sovraccarico}

^{Circuito di confronto con tempo di risposta di 100 ns}

^{Limite di protezione: 25A ± 5%}

^{Tempo di sblocco hardware: 200 ns}

^{2.Protezione da sovratemperature}

^{Sensore di temperatura posizionato al centro del dispositivo di alimentazione}

^{Limite di protezione: 125°C ± 5%}

^{Intervallo di isteresi: 15°C}

^{3.Protezione da sottovolta}

^{Blocco a bassa tensione VCC: 8,7V/8,3V (accensione/spensione)}

^{VB rilevamento di sottovoltaggio: 10,5V ± 0,2V}

^{Isteresi di recupero della protezione: 0,4V}

^{Progettazione dell'affidabilità}

^{1.Design degradante}

^{Potenza nominale della resistenza: < 75% del valore nominale}

^{Valore nominale della tensione: < 80%}

^{Deraccordo di tensione corrente: < 70% del valore nominale}

^{2.Adattabilità all'ambiente}

^{Temperatura di funzionamento: da -40°C a 125°C}

^{Intervallo di umidità: da 5% a 95% RH}

^{Classificazione di protezione: IP20}

^{3.Indicatori della durata della vita}

^{Vita di progettazione: >100.000 ore}

^{MTBF: > 500 000 ore}

^{Tasso di guasto: < 100 ppm}

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Nota:Questa analisi è basata sulla documentazione tecnica IRS2153DPBF; per i dettagli specifici del progetto si rimanda alla scheda ufficiale.