IRS2153DPBF ハーフブリッジドライバーチップ技術分析と設計ガイド

  ^{2025年8月21日 ニュース — モーター駆動とパワーエレクトロニクス技術の急速な進歩に伴い、ハーフブリッジドライバチップIRS2153DPBFは、その優れた技術性能と高い信頼性から、産業用モーター制御の主要なソリューションとなっています。高度な600V高電圧IC技術を採用し、このチップは10Vから20Vの広いVCC動作電圧範囲をサポートし、静止電流はわずか1.7mA（標準）、スタンバイ電流は100μA以下です。ブートストラップダイオードとレベルシフト回路を内蔵し、可変周波数エアコン、産業用サーボドライブ、スイッチング電源に効率的なハーフブリッジ駆動をサポートします。最大スイッチング周波数は200kHzに達し、伝搬}

^{遅延整合精度は50nsにも達します。}

^{IRS2153DPBFは、9.81mm×6.35mm×4.45mmの標準PDIP-8パッケージを採用し、ブートストラップダイオードとレベルシフト機能を内蔵しています。このチップは、50nsの代表値を持つ伝搬遅延整合回路を組み込んでおり、ハイサイドとローサイドの駆動伝搬遅延はそれぞれ480nsと460ns（VCC=15V時）です。動作接合温度範囲は-40℃から150℃、保存温度範囲は-55℃から150℃です。鉛フリーパッケージ材料はRoHS規格に準拠しています。入力ロジックは3.3V/5V CMOSレベルと互換性があり、出力段はトーテムポール構造を採用し、ピーク出力電流は+290mA/-600mAに達します。}

^{このチップは、包括的な低電圧ロックアウト（UVLO）保護を内蔵しており、ハイサイドとローサイドのUVLOスレッショルドはそれぞれ8.7V/8.3V（ターンオン/ターンオフ）と8.9V/8.5Vで、50mVのヒステリシス電圧を備えています。高度なノイズ耐性CMOS技術を使用して製造されており、±50V/nsのコモンモードノイズ耐性と最大50V/nsのdV/dt耐性を提供します。内部で固定された520nsのデッドタイムは、シュートスルーを効果的に防止し、外部デッドタイム拡張をサポートします。ブートストラップダイオードは、600Vの逆電圧耐性、0.36Aの順方向電流、およびわずか35nsの逆回復時間を提供します。} 

^{1.可変周波数エアコンコンプレッサードライブ：20kHzのPWMスイッチング周波数をサポートし、ほとんどのIGBTおよびMOSFETの要件を満たす駆動電流能力を備えています}

^{2.産業用サーボドライブ：100kHzのスイッチング周波数をサポートし、三相インバータのハーフブリッジ構造を駆動できます}

^{3.スイッチング電源同期整流：95％を超える変換効率を達成し、特に通信およびサーバー電源に適しています}

^{4.高密度パワーモジュール：そのコンパクトなパッケージ設計は、50W/in³を超える電力密度に対応します}

追加の特性：

^{ダイオード順方向電圧：IF=0.1Aで1.3V（標準）
逆回復時間：35ns（最大）
出力抵抗：4.5Ω（標準）高状態
dV/dt耐性：±50V/ns（最小）
保存温度：-55℃から150℃
パッケージ熱抵抗：80℃/W（θJA）}

1.VCCピン：0.1μFセラミックコンデンサと10μF電解コンデンサの並列接続が必要です
 

2.ブートストラップコンデンサ：0.1μF/25V X7Rセラミックコンデンサ（許容差≤±10％）を推奨
 

3.ゲート駆動：ハイサイドとローサイドの両方の出力に、直列10Ωゲート抵抗（定格電力≥0.5W）

4.過電圧保護：VSとCOMの間に18V/1Wツェナーダイオードを追加
 

5.ブートストラップダイオード：逆回復時間<35ns、逆電圧定格≥600Vの超高速回復ダイオード

6.PCBレイアウト：
   ブートストラップコンポーネントをチップにできるだけ近づけて配置する
   高電圧トレースの間隔を2mm以上にする
   電源グランドと制御グランドにスターポイント接続を実装する

設計の説明

回路トポロジー：この設計は、IRS2153DPBFをコアドライバチップとして、外部パワーMOSFETと組み合わせて完全なハーフブリッジ回路を形成するハーフブリッジ駆動アーキテクチャを採用しています。ハイサイドとローサイドの両方の駆動チャネルは、ハイサイド駆動に安定した電力供給を確保するために、ブートストラップ電源構造を統合しています。

主要コンポーネント選択仕様

^{1.ゲート抵抗（R1、R2）}

^{抵抗：10Ω±1％}

^{定格電力：0.5W（最小要件）}

^{タイプ：金属皮膜抵抗、耐電圧≥50V}

^{温度係数：±50ppm/℃}

^{2.ブートストラップ抵抗（R3）}

^{抵抗：100Ω±5％}

^{機能：ブートストラップコンデンサの充電電流を制限する}

^{定格電力：0.25W}

^{3.電流検出抵抗（R4-R10）}

^{抵抗：0.1Ω±1％}

^{定格電力：2W（最大電流計算に基づく）}

^{タイプ：金属箔抵抗、低インダクタンス設計}

^{温度係数：±50ppm/℃}

^{4.分圧ネットワーク抵抗（R11-R20）}

^{抵抗許容差：±1％}

^{温度係数：±25ppm/℃}

^{定格電圧：≥100V}

^{レイアウトとルーティングの要件}

^{1.電源ループレイアウト}

^{ハイサイドスイッチングループ面積≤2cm²}

^{ローサイドスイッチングループは、ハイサイドループと対称的に配置}

^{電源グランドはスターポイント接続で設計}

^2.信号トレースルーティング

^{駆動信号トレース長≤5cm}

^{差動ペアルーティング（間隔=2×トレース幅）}

^{信号トレースは電源トレースと垂直に交差する; 並列ルーティングを避ける}

^{3.熱設計の考慮事項}

^{パワー抵抗は、底面放熱設計を使用}

^{チップ裏面銅注ぎ込み面積≥25mm²}

^{熱ビアアレイ：1.2mmピッチ、0.3mm直径}

保護回路設計

^{1.過電流保護}

^{100nsの応答時間を持つコンパレータ回路}

^{保護スレッショルド：25A±5％}

^{ハードウェアブランキング時間：200ns}

^{2.過熱保護}

^{温度センサはパワーデバイスの中央に配置}

^{保護スレッショルド：125℃±5％}

^{ヒステリシス範囲：15℃}

^{3.低電圧保護}

^{VCC低電圧ロックアウト：8.7V/8.3V（ターンオン/ターンオフ）}

^{VB低電圧検出：10.5V±0.2V}

^{保護回復ヒステリシス：0.4V}

^{信頼性設計}

^{1.ディレーティング設計}

^{抵抗電力ディレーティング：<定格値の75％}

^{電圧ストレスディレーティング：<定格値の80％}

^{電流ストレスディレーティング：<定格値の70％}

^{2.環境適応性}

^{動作温度：-40℃から125℃}

^{湿度範囲：5％から95％RH}

^{保護等級：IP20}

^{3.寿命指標}

^{設計寿命：>100,000時間}

^{MTBF：>500,000時間}

^{故障率：<100ppm}

注：この分析はIRS2153DPBFの技術ドキュメントに基づいています。具体的な設計の詳細については、公式データシートを参照してください。