IRS2153DPBF คู่มือการวิเคราะห์เทคนิคและการออกแบบชิป Driver Half-Bridge

  ^{21 สิงหาคม 2025 ข่าว — ด้วยความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการขับเคลื่อนมอเตอร์และอิเล็กทรอนิกส์กำลัง ชิปไดรเวอร์แบบ half-bridge IRS2153DPBF กำลังกลายเป็นโซลูชันหลักในการควบคุมมอเตอร์อุตสาหกรรมเนื่องจากประสิทธิภาพทางเทคนิคที่ยอดเยี่ยมและความน่าเชื่อถือสูง ด้วยการใช้เทคโนโลยี IC แรงดันไฟฟ้าสูง 600V ขั้นสูง ชิปนี้รองรับช่วงแรงดันไฟฟ้าในการทำงาน VCC ที่กว้างตั้งแต่ 10V ถึง 20V โดยมีกระแสไฟนิ่งเพียง 1.7mA (โดยทั่วไป) และกระแสไฟสแตนด์บายต่ำกว่า 100μA มันรวมไดโอดบูตสแตรปและวงจรเลเวล-ชิฟต์ ซึ่งให้การสนับสนุนไดรฟ์แบบ half-bridge ที่มีประสิทธิภาพสำหรับเครื่องปรับอากาศแบบปรับความถี่ได้, เซอร์โวไดรฟ์สำหรับอุตสาหกรรม และแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง ความถี่ในการสวิตชิ่งสูงสุดถึง 200kHz โดยมีการแพร่กระจาย}

^{ความแม่นยำในการจับคู่ความล่าช้าสูงถึง 50ns}

^{IRS2153DPBF ใช้แพ็คเกจ PDIP-8 มาตรฐานขนาด 9.81mm×6.35mm×4.45mm โดยรวมไดโอดบูตสแตรปและฟังก์ชันเลเวล-ชิฟต์ ชิปนี้รวมวงจรจับคู่ความล่าช้าในการแพร่กระจายโดยมีค่าทั่วไป 50ns ในขณะที่ความล่าช้าในการแพร่กระจายของไดรฟ์ด้านสูงและด้านต่ำคือ 480ns และ 460ns ตามลำดับ (ที่ VCC=15V) ช่วงอุณหภูมิการทำงานของรอยต่ออยู่ที่ -40℃ ถึง 150℃ โดยมีช่วงอุณหภูมิการจัดเก็บ -55℃ ถึง 150℃ วัสดุแพ็คเกจแบบไร้สารตะกั่วเป็นไปตามมาตรฐาน RoHS อินพุตลอจิกเข้ากันได้กับระดับ CMOS 3.3V/5V และเอาต์พุตสเตจใช้โครงสร้างโทเทม-โพลพร้อมกระแสไฟเอาต์พุตสูงสุดถึง +290mA/-600mA}

^{ชิปนี้รวมการป้องกันการล็อกเอาต์แรงดันไฟต่ำ (UVLO) ที่ครอบคลุม โดยมีเกณฑ์ UVLO ด้านสูงและด้านต่ำอยู่ที่ 8.7V/8.3V (เปิด/ปิด) และ 8.9V/8.5V ตามลำดับ โดยมีแรงดันไฟฮิสเทอรีซิส 50mV ผลิตโดยใช้เทคโนโลยี CMOS ที่ทนต่อสัญญาณรบกวนขั้นสูง ให้ภูมิคุ้มกันต่อสัญญาณรบกวนโหมดทั่วไป ±50V/ns และภูมิคุ้มกัน dV/dt สูงถึง 50V/ns เวลาตายตัวภายใน 520ns ช่วยป้องกันการยิงทะลุได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่รองรับการขยายเวลาตายภายนอก ไดโอดบูตสแตรปให้ความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าย้อนกลับ 600V, กระแสไฟไปข้างหน้า 0.36A และเวลาการกู้คืนย้อนกลับเพียง 35ns.} 

^{1. ไดรฟ์คอมเพรสเซอร์เครื่องปรับอากาศแบบปรับความถี่ได้: รองรับความถี่ในการสวิตชิ่ง PWM 20kHz พร้อมความสามารถในการขับเคลื่อนกระแสไฟที่ตรงตามข้อกำหนด IGBT และ MOSFET ส่วนใหญ่}

^{2. เซอร์โวไดรฟ์สำหรับอุตสาหกรรม: สามารถขับเคลื่อนโครงสร้าง half-bridge ในอินเวอร์เตอร์สามเฟสได้ โดยรองรับความถี่ในการสวิตชิ่ง 100kHz}

^{3. การแก้ไขแบบซิงโครนัสของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง: ให้ประสิทธิภาพการแปลงมากกว่า 95% เหมาะอย่างยิ่งสำหรับแหล่งจ่ายไฟสำหรับการสื่อสารและเซิร์ฟเวอร์}

^{4. โมดูลพลังงานความหนาแน่นสูง: การออกแบบแพ็คเกจขนาดกะทัดรัดรองรับความหนาแน่นของพลังงานมากกว่า 50W/in³}

ลักษณะเพิ่มเติม:

^{แรงดันไฟไปข้างหน้าของไดโอด: 1.3V (โดยทั่วไป) ที่ IF=0.1A
เวลาการกู้คืนย้อนกลับ: 35ns (สูงสุด)
ความต้านทานเอาต์พุต: 4.5Ω (โดยทั่วไป) ในสถานะสูง
ภูมิคุ้มกัน dV/dt: ±50V/ns (นาที)
อุณหภูมิในการจัดเก็บ: -55℃ ถึง 150℃
ความต้านทานความร้อนของแพ็คเกจ: 80℃/W (θJA)}

1. ขา VCC: ต้องมีการเชื่อมต่อแบบขนานของตัวเก็บประจุเซรามิก 0.1μF และตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ 10μF
 

2. ตัวเก็บประจุบูตสแตรป: แนะนำตัวเก็บประจุเซรามิก 0.1μF/25V X7R ที่มีความคลาดเคลื่อน ≤±10%
 

3. การขับเคลื่อนเกต: ตัวต้านทานเกตแบบอนุกรม 10Ω (พิกัดกำลัง ≥0.5W) สำหรับเอาต์พุตด้านสูงและด้านต่ำ

4.การป้องกันแรงดันไฟเกิน: เพิ่มไดโอด Zener 18V/1W ระหว่าง VS และ COM
 

5. ไดโอดบูตสแตรป: ไดโอดกู้คืนที่รวดเร็วเป็นพิเศษพร้อมเวลาการกู้คืนย้อนกลับ <35ns และพิกัดแรงดันไฟฟ้าย้อนกลับ ≥600V

6.เค้าโครง PCB:
   วางส่วนประกอบบูตสแตรปให้ใกล้กับชิปมากที่สุด
   รักษาระยะห่างขั้นต่ำ 2 มม. สำหรับร่องรอยแรงดันไฟฟ้าสูง
   ใช้วิธีการเชื่อมต่อแบบสตาร์พอยต์สำหรับกราวด์พลังงานและกราวด์ควบคุม

คำอธิบายการออกแบบ

โทโพโลยีวงจร: การออกแบบนี้ใช้สถาปัตยกรรมไดรฟ์แบบ half-bridge โดยมี IRS2153DPBF เป็นชิปไดรเวอร์หลัก ร่วมกับ MOSFET กำลังภายนอกเพื่อสร้างวงจร half-bridge ที่สมบูรณ์ ทั้งช่องสัญญาณไดรฟ์ด้านสูงและด้านต่ำรวมโครงสร้างแหล่งจ่ายไฟบูตสแตรปเพื่อรับประกันการส่งมอบพลังงานที่เสถียรสำหรับการขับเคลื่อนด้านสูง

ข้อมูลจำเพาะการเลือกส่วนประกอบหลัก

^{1. ตัวต้านทานเกต (R1, R2)}

^{ความต้านทาน: 10Ω ±1%}

^{พิกัดกำลัง: 0.5W (ข้อกำหนดขั้นต่ำ)}

^{ประเภท: ตัวต้านทานฟิล์มโลหะ, ทนต่อแรงดันไฟฟ้า ≥50V}

^{สัมประสิทธิ์อุณหภูมิ: ±50ppm/℃}

^{2.ตัวต้านทานบูตสแตรป (R3)}

^{ความต้านทาน: 100Ω ±5%}

^{ฟังก์ชัน: จำกัดกระแสไฟชาร์จตัวเก็บประจุบูตสแตรป}

^{พิกัดกำลัง: 0.25W}

^{3.ตัวต้านทานตรวจจับกระแสไฟ (R4-R10)}

^{ความต้านทาน: 0.1Ω ±1%}

^{พิกัดกำลัง: 2W (ตามการคำนวณกระแสไฟสูงสุด)}

^{ประเภท: ตัวต้านทานฟอยล์โลหะ, การออกแบบแบบเหนี่ยวนำต่ำ}

^{สัมประสิทธิ์อุณหภูมิ: ±50ppm/℃}

^{4.ตัวต้านทานเครือข่ายตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า (R11-R20)}

^{ความคลาดเคลื่อนของความต้านทาน: ±1%}

^{สัมประสิทธิ์อุณหภูมิ: ±25ppm/℃}

^{แรงดันไฟฟ้าพิกัด: ≥100V}

^{ข้อกำหนดเค้าโครงและการกำหนดเส้นทาง}

^{1. เค้าโครงลูปพลังงาน}

^{พื้นที่ลูปสวิตชิ่งด้านสูง ≤ 2cm²}

^{ลูปสวิตชิ่งด้านต่ำจัดเรียงแบบสมมาตรกับลูปด้านสูง}

^{กราวด์พลังงานออกแบบด้วยการเชื่อมต่อแบบสตาร์พอยต์}

^2.การกำหนดเส้นทางร่องรอยสัญญาณ

^{ความยาวร่องรอยสัญญาณไดรฟ์ ≤ 5 ซม.}

^{การกำหนดเส้นทางคู่แบบดิฟเฟอเรนเชียลโดยมีระยะห่าง = 2× ความกว้างของร่องรอย}

^{ร่องรอยสัญญาณข้ามร่องรอยพลังงานในแนวตั้งฉาก หลีกเลี่ยงการกำหนดเส้นทางแบบขนาน}

^{3.ข้อควรพิจารณาในการออกแบบความร้อน}

^{ตัวต้านทานกำลังใช้การออกแบบการกระจายความร้อนด้านล่าง}

^{พื้นที่เททองแดงด้านหลังชิป ≥ 25mm²}

^{อาร์เรย์เทอร์มอลเวีย: ระยะพิทช์ 1.2 มม., เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.3 มม.}

การออกแบบวงจรป้องกัน

^{1. การป้องกันกระแสไฟเกิน}

^{วงจรเปรียบเทียบพร้อมเวลาตอบสนอง 100ns}

^{เกณฑ์การป้องกัน: 25A ±5%}

^{เวลาเว้นว่างฮาร์ดแวร์: 200ns}

^{2.การป้องกันอุณหภูมิเกิน}

^{เซ็นเซอร์อุณหภูมิวางอยู่ที่กึ่งกลางของอุปกรณ์กำลัง}

^{เกณฑ์การป้องกัน: 125℃ ±5%}

^{ช่วงฮิสเทอรีซิส: 15℃}

^{3.การป้องกันแรงดันไฟต่ำ}

^{การล็อกเอาต์แรงดันไฟต่ำ VCC: 8.7V/8.3V (เปิด/ปิด)}

^{การตรวจจับแรงดันไฟต่ำ VB: 10.5V ±0.2V}

^{ฮิสเทอรีซิสการกู้คืนการป้องกัน: 0.4V}

^{การออกแบบความน่าเชื่อถือ}

^{1. การออกแบบลดค่า}

^{การลดค่ากำลังของตัวต้านทาน: <75% ของค่าพิกัด}

^{การลดค่าความเค้นของแรงดันไฟฟ้า: <80% ของค่าพิกัด}

^{การลดค่าความเค้นของกระแสไฟ: <70% ของค่าพิกัด}

^{2.การปรับตัวด้านสิ่งแวดล้อม}

^{อุณหภูมิในการทำงาน: -40℃ ถึง 125℃}

^{ช่วงความชื้น: 5% ถึง 95% RH}

^{ระดับการป้องกัน: IP20}

^{3. ตัวบ่งชี้อายุการใช้งาน}

^{อายุการออกแบบ: >100,000 ชั่วโมง}

^{MTBF: >500,000 ชั่วโมง}

^{อัตราความล้มเหลว: <100ppm}

หมายเหตุ: การวิเคราะห์นี้อิงตามเอกสารทางเทคนิค IRS2153DPBF โปรดดูเอกสารข้อมูลอย่างเป็นทางการสำหรับรายละเอียดการออกแบบเฉพาะ