IRS2153DPBF Guía de análisis técnico y diseño del chip de conductor de medio puente

  ^{21 de agosto de 2025 Noticias — Con el rápido avance de la tecnología de accionamiento de motores y electrónica de potencia, el chip controlador de medio puente IRS2153DPBF se está convirtiendo en una solución central en el control de motores industriales debido a su excepcional rendimiento técnico y alta fiabilidad. Utilizando tecnología avanzada de circuitos integrados de alto voltaje de 600 V, el chip admite un amplio rango de voltaje de funcionamiento VCC de 10 V a 20 V, con una corriente de reposo de solo 1,7 mA (típica) y una corriente en espera por debajo de 100 μA. Integra un diodo de arranque y un circuito de desplazamiento de nivel, proporcionando soporte de accionamiento de medio puente eficiente para acondicionadores de aire de frecuencia variable, servoaccionamientos industriales y fuentes de alimentación conmutadas. La frecuencia de conmutación máxima alcanza los 200 kHz, con una propagación}

^{precisión de coincidencia de retardo de hasta 50 ns.}

^{El IRS2153DPBF adopta un paquete PDIP-8 estándar que mide 9,81 mm×6,35 mm×4,45 mm, integrando un diodo de arranque y funcionalidad de desplazamiento de nivel. El chip incorpora un circuito de coincidencia de retardo de propagación con un valor típico de 50 ns, mientras que los retardos de propagación de accionamiento del lado alto y del lado bajo son de 480 ns y 460 ns respectivamente (a VCC=15 V). Su rango de temperatura de unión de funcionamiento abarca de -40℃ a 150℃, con un rango de temperatura de almacenamiento de -55℃ a 150℃. El material del paquete sin plomo cumple con los estándares RoHS. La lógica de entrada es compatible con los niveles CMOS de 3,3 V/5 V, y la etapa de salida utiliza una estructura de tótem-polo con corrientes de salida pico que alcanzan +290 mA/-600 mA.}

^{El chip integra una protección integral de bloqueo por subtensión (UVLO), con umbrales UVLO del lado alto y del lado bajo de 8,7 V/8,3 V (encendido/apagado) y 8,9 V/8,5 V respectivamente, con un voltaje de histéresis de 50 mV. Fabricado con tecnología CMOS avanzada a prueba de ruido, proporciona inmunidad al ruido de modo común de ±50 V/ns e inmunidad dV/dt de hasta 50 V/ns. El tiempo muerto internamente fijo de 520 ns previene eficazmente el disparo, al tiempo que admite la extensión del tiempo muerto externo. El diodo de arranque ofrece una tolerancia de voltaje inverso de 600 V, una corriente directa de 0,36 A y un tiempo de recuperación inversa de solo 35 ns.} 

^{1. Accionamientos de compresores de acondicionadores de aire de frecuencia variable: Admite una frecuencia de conmutación PWM de 20 kHz con capacidad de corriente de accionamiento que cumple con la mayoría de los requisitos de IGBT y MOSFET}

^{2. Servoaccionamientos industriales: Capaz de accionar estructuras de medio puente en inversores trifásicos con soporte para una frecuencia de conmutación de 100 kHz}

^{3. Rectificación síncrona de fuente de alimentación conmutada: Logra una eficiencia de conversión superior al 95 %, particularmente adecuada para fuentes de alimentación de comunicación y servidor}

^{4. Módulos de potencia de alta densidad: Su diseño de paquete compacto acomoda densidades de potencia superiores a 50 W/in³}

Características adicionales:

^{Voltaje directo del diodo: 1,3 V (típico) a IF=0,1 A
Tiempo de recuperación inversa: 35 ns (máx.)
Resistencia de salida: 4,5Ω (típica) en estado alto
Inmunidad dV/dt: ±50 V/ns (mín.)
Temperatura de almacenamiento: -55℃ a 150℃
Resistencia térmica del paquete: 80℃/W (θJA)}

1. Pin VCC: Requiere la conexión en paralelo de un condensador cerámico de 0,1μF y un condensador electrolítico de 10μF
 

2. Condensador de arranque: Condensador cerámico X7R de 0,1μF/25 V recomendado con tolerancia ≤±10%
 

3. Accionamiento de puerta: Resistencias de puerta de serie de 10Ω (potencia nominal ≥0,5 W) para las salidas de lado alto y lado bajo

4.Protección contra sobretensión: Añadir un diodo Zener de 18 V/1 W entre VS y COM
 

5. Diodo de arranque: Diodo de recuperación ultrarrápida con tiempo de recuperación inversa <35 ns y clasificación de voltaje inverso ≥600 V

6.Diseño de PCB:
   Colocar los componentes de arranque lo más cerca posible del chip
   Mantener una separación mínima de 2 mm para las trazas de alto voltaje
   Implementar una conexión de punto estrella para la tierra de potencia y la tierra de control

Descripción del diseño

Topología del circuito: Este diseño adopta una arquitectura de accionamiento de medio puente, con el IRS2153DPBF como chip controlador central, combinado con MOSFET de potencia externos para formar un circuito de medio puente completo. Tanto los canales de accionamiento de lado alto como de lado bajo integran estructuras de fuente de alimentación de arranque para garantizar una entrega de energía estable para el accionamiento de lado alto.

Especificaciones de selección de componentes clave

^{1. Resistencias de puerta (R1, R2)}

^{Resistencia: 10Ω ±1%}

^{Potencia nominal: 0,5 W (requisito mínimo)}

^{Tipo: Resistencia de película metálica, voltaje de resistencia ≥50 V}

^{Coeficiente de temperatura: ±50 ppm/℃}

^{2.Resistencia de arranque (R3)}

^{Resistencia: 100Ω ±5%}

^{Función: Limita la corriente de carga del condensador de arranque}

^{Potencia nominal: 0,25 W}

^{3.Resistencias de detección de corriente (R4-R10)}

^{Resistencia: 0,1Ω ±1%}

^{Potencia nominal: 2 W (basado en el cálculo de la corriente máxima)}

^{Tipo: Resistencia de lámina metálica, diseño de baja inductancia}

^{Coeficiente de temperatura: ±50 ppm/℃}

^{4.Resistencias de red divisora de voltaje (R11-R20)}

^{Tolerancia de resistencia: ±1%}

^{Coeficiente de temperatura: ±25 ppm/℃}

^{Voltaje nominal: ≥100 V}

^{Requisitos de diseño y enrutamiento}

^{1. Diseño del bucle de potencia}

^{Área del bucle de conmutación del lado alto ≤ 2 cm²}

^{Bucle de conmutación del lado bajo dispuesto simétricamente con el bucle del lado alto}

^{Tierra de potencia diseñada con conexión de punto estrella}

^2.Enrutamiento de trazas de señal

^{Longitud de la traza de señal de accionamiento ≤ 5 cm}

^{Enrutamiento de pares diferenciales con espaciamiento = 2× ancho de traza}

^{Las trazas de señal cruzan las trazas de potencia perpendicularmente; evitar el enrutamiento paralelo}

^{3.Consideraciones de diseño térmico}

^{Las resistencias de potencia utilizan un diseño de disipación de calor en la parte inferior}

^{Área de vertido de cobre en la parte trasera del chip ≥ 25 mm²}

^{Matriz de vías térmicas: paso de 1,2 mm, diámetro de 0,3 mm}

Diseño del circuito de protección

^{1. Protección contra sobrecorriente}

^{Circuito comparador con tiempo de respuesta de 100 ns}

^{Umbral de protección: 25 A ±5%}

^{Tiempo de en blanco del hardware: 200 ns}

^{2.Protección contra sobretemperatura}

^{Sensor de temperatura colocado en el centro del dispositivo de potencia}

^{Umbral de protección: 125℃ ±5%}

^{Rango de histéresis: 15℃}

^{3.Protección contra subtensión}

^{Bloqueo por subtensión VCC: 8,7 V/8,3 V (encendido/apagado)}

^{Detección de subtensión VB: 10,5 V ±0,2 V}

^{Histéresis de recuperación de protección: 0,4 V}

^{Diseño de fiabilidad}

^{1. Diseño de reducción de potencia}

^{Reducción de potencia de la resistencia: <75% del valor nominal}

^{Reducción de tensión: <80% del valor nominal}

^{Reducción de corriente: <70% del valor nominal}

^{2.Adaptabilidad ambiental}

^{Temperatura de funcionamiento: -40℃ a 125℃}

^{Rango de humedad: 5% a 95% RH}

^{Clasificación de protección: IP20}

^{3. Indicadores de vida útil}

^{Vida útil del diseño: >100.000 horas}

^{MTBF: >500.000 horas}

^{Tasa de fallos: <100 ppm}

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Nota: Este análisis se basa en la documentación técnica del IRS2153DPBF; consulte la hoja de datos oficial para obtener detalles específicos del diseño.