IR2153, IR2153S и IR2153D — самотактируемый полумостовой драйвер

Выводы

По даташиту IR2153D выпускается только в PDIP-8; AN-1085 (табл. 1) перечисляет и IR2153DSPbF в SOIC-8 — расхождение между документами Infineon.

Как работает генератор

Выход RT — двухтактный каскад, который переключается между VCC и COM (падение не больше 50 мВ при 100 мкА и 300 мВ при 1 мА). Конденсатор CT заряжается и разряжается через RT между порогами 1/3 и 2/3 VCC — 4,0 и 8,0 В при VCC = 12 В. Пока RT в единице, открыт LO; пока в нуле — HO. Скважность на RT — 50 %, каждый выход открыт половину периода минус мёртвое время td.

Формулы частоты в даташите нет — только график RT–частота для CT от 330 пФ до 10 нФ и две контрольные точки с допуском ±3 % при CT = 1 нФ: 20 кГц при 36,9 кОм и 100 кГц при 7,43 кОм. Для перезарядки между 1/3 и 2/3 питания период равен 2 · ln 2 · RT · CT, то есть

f ≈ 1 / (1,386 · RT · CT) (наш расчёт).

Проверка по даташиту: 36,9 кОм и 1 нФ дают 19,6 кГц (допуск 19,4–20,6), 7,43 кОм — 97 кГц (94–106). Принцип тот же, что у таймера 555, но калькулятор 555 считает схему с двумя резисторами и сюда не подходит. На 100 кГц половина периода — 5 мкс, из них 1,2 мкс — пауза: ключ открыт 3,8 мкс, или 38 % периода (наш расчёт); у IR21531 с паузой 0,6 мкс (AN-1085) доля больше. Ниже 10 кОм резистор RT ставить нельзя; AN-1085 указывает минимум 1 кОм — расхождение, ориентируемся на даташит.

Параметры

Предельные значения относительно COM; электрические характеристики — при VCC = VBS = 12 В, CL = 1000 пФ, CT = 1 нФ и 25 °C.

В сводке на первой странице спад указан как 40 нс, в таблице — 45 нс; ориентируемся на таблицу.

Типовое включение

• Питание VCC. От выпрямленной сети — через гасящий резистор с конденсатором на COM; от 12 В — напрямую. Низкоомный источник выше 16,8 В недопустим: стабилитрон примет весь ток. Пример для шины 310 В и 5 мА: R ≈ (310 − 15,6) / 5 мА ≈ 59 кОм, около 1,5 Вт (наш расчёт). Расход после запуска — ток покоя плюс Qg · f на каждый затвор; с большими MOSFET он превышает 5 мА, и питание берут с дополнительной обмотки.
• RT и CT. Резистор между RT и CT, конденсатор между CT и COM; по графику даташита 1 нФ и 7,4–37 кОм перекрывают 20–100 кГц.
• Бутстреп. Конденсатор между VB и VS; у IR2153 и IR2153S — внешний быстрый диод от VCC к VB, у IR2153D он внутри. Заряжается каждый полупериод, пока открыт нижний ключ, — при скважности 50 % бутстреп беспроблемный.
• Затворы. HO и LO через резисторы на затворы; VS — к средней точке, COM — к истоку нижнего ключа. Выброс VS ниже COM — не больше 5 В.
• Запуск и отключение. До порога 9 В выходы в нуле, CT притянут к COM током 0,7 мА; после запуска ширина импульсов сразу постоянная. Транзистор с CT на COM выключает оба выхода через 660 нс.

Стабилизации выходного напряжения у IR2153 нет; для неё нужен ШИМ-контроллер с обратной связью — см. обзор микросхем.

Частые ошибки

• VCC от стабилизированных 18–24 В напрямую — стабилитрон перегружен; предел по току 25 мА.
• Слишком маленький гасящий резистор: ток выше 5 мА уходит в стабилитрон и греет микросхему (1,0 Вт в PDIP при 25 °C).
• Большие MOSFET на высокой частоте без расчёта тока питания: перезарядка затворов съедает бюджет, VCC проседает до UVLO 8 В, генерация срывается.
• RT меньше 10 кОм — выход RT перегружен (предел ±5 мА).
• Частота под 100 кГц с паузой 1,2 мкс — ключи открыты меньше 40 % периода.
• Выброс VS ниже COM больше 5 В из-за длинных дорожек — сбои верхнего канала.

Для управляемого полумоста с внешним ШИМ и встроенным мёртвым временем 520 нс есть IR2104, с независимыми входами — IR2110. Другие драйверы — в разделе «Драйверы».