IR2136 3相ドライバーの設計と適用

^{2025年8月20日 ニュース — 急成長を遂げる産業オートメーションと新しいエネルギーアプリケーションを背景に、三相ブリッジドライバチップIR2136STRPBFは、その優れた技術的特徴により、モーター制御分野における主要なソリューションとして台頭しています。高度な高電圧集積回路技術を利用し、600Vの耐電圧と10〜20Vの広い入力電圧範囲をサポートし、インバータ、電気自動車、および産業機器に効率的な駆動サポートを提供します。}

スマートドライブアーキテクチャ
IR2136STRPBFは、3つのハイサイド出力と3つのローサイド出力を含む6つの独立したドライブチャネルを統合し、400ナノ秒以内に制御された整合伝搬遅延を実現します。その革新的なブートストラップ回路設計は、単一の電源のみを必要とし、わずか1μFの外付けコンデンサでハイサイド駆動を可能にし、システムアーキテクチャを大幅に簡素化します。

マルチプロテクションメカニズム

リアルタイム過電流保護：ITRIPピンを介して電流信号を検出し、10マイクロ秒未満の応答時間で対応します。

電圧適応性：内蔵の低電圧ロックアウト（UVLO）は、電力異常時に自動的に出力をシャットオフします。

広い温度範囲での動作：-40℃〜150℃の動作範囲は、厳しい環境要件を満たします。

主要性能パラメータ

産業用インバータ制御

サーボドライブシステムでは、このチップは正確なPWM変調を通じて非常に効率的なモーター制御を実現します。ソフトスイッチング技術と組み合わせることで、スイッチング損失を30％以上削減します。そのシュートスルー防止設計は、動作信頼性を大幅に向上させ、自動生産ラインなどの重要なアプリケーションに特に適しています。

新エネルギー自動車

電気自動車の主駆動インバータの主要コンポーネントとして、このチップは最大50kHzの高周波スイッチングをサポートします。ブートストラップ回路設計は、バッテリー電圧の変動中も安定した動作を保証し、車両に継続的で信頼性の高い電力出力を提供します。

インテリジェントパワーモジュール

このチップを統合したパワーモジュールは、1500W以上の高出力機器に広く採用されています。従来のソリューションと比較して、周辺部品の数を35％削減し、システムコストを大幅に削減します。

1. 主要周辺回路の最適化

ブートストラップ回路設計:
ゲートドライブ構成:標準の10Ωゲート抵抗を推奨し、正確な値は次の式で決定されます:

ここで、Vdrive = 15V、Vge_thはIGBTのしきい値電圧です。テスト中の実際の最適化のために、調整可能な抵抗位置（5〜20Ωの範囲）を確保することをお勧めします。
2. PCBレイアウト仕様

電源ループ設計:_{ハイサイドドライブループ領域は2 cm²以内に制限し、「スター」接地構成を採用する必要があります。推奨事項:}1. インピーダンスを低減するために、2ozの厚さの銅箔を使用します。_{2. 主要トレース（HO → IGBT → VS）の幅は1mm以上にする必要があります。}3. 隣接する相間の最小間隔は3mm以上（600Vシステムの場合）。

信号絶縁対策:

ロジック信号と電源トレースは別々の層に配線し、その間にグラウンド絶縁層を設ける必要があります。

FAULT信号線は、ツイストペアまたはシールド配線を使用する必要があります。

MCUインターフェースにTVSダイオード（例：SMAJ5.0A）を追加します。

3. 熱管理ソリューション

チップ消費電力の計算:

標準的な動作条件下（Qg=100nC、fsw=20kHz）では、消費電力は約1.2Wであり、以下が必要となります:

PCB放熱銅面積 ≥ 4cm²熱ビアの追加（直径0.3mm、ピッチ1.5mm）

周囲温度が85℃を超える場合は、ヒートシンクの取り付けを推奨します

4. システムレベルの検証プロセス

ダブルパルス試験:

オシロスコープ監視要件:

ミラープラトー持続時間（500ns未満である必要があります）

ターンオフ電圧スパイク（IGBT定格Vceの80％未満である必要があります）

ゲートドライブ波形のリンギング振幅（2V未満である必要があります）

EMC最適化:

DCBUS端子に並列X2安全コンデンサ（100nF/630V）

相出力ごとにRCスナバ回路（標準値：100Ω+100pF）
高周波ノイズフィルタリング用のフェライトビーズ（例：Murata BLM18シリーズ）

5. 故障診断とデバッグ一般的な問題の解決策:

IV. 技術開発の動向Industry 4.0の加速的な進歩に伴い、IR2136STRPBFの高い集積度と堅牢なノイズ耐性は、パワーエレクトロニクス機器をよりコンパクトで効率的な開発へと導いています。このチップは、自動車グレードの信頼性認証を取得しており、太陽光発電インバータおよびエネルギー貯蔵システムにおいて幅広いアプリケーションの見通しを示しています。

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注：この分析は、公開されている技術ドキュメントに基づいています。具体的な設計については、公式のアプリケーションノートAN-978を参照してください。