IR2136引腳詳細(xì)說(shuō)明

一、IR2136芯片概述

IR2136是國(guó)際整流器公司（International Rectifier，現(xiàn)屬英飛凌科技）推出的一款高性能三相柵極驅(qū)動(dòng)集成電路，專為驅(qū)動(dòng)三相逆變器中的功率MOSFET或IGBT而設(shè)計(jì)。該芯片集成了三路高端驅(qū)動(dòng)和三路低端驅(qū)動(dòng)，適用于交流感應(yīng)電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)等驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。IR2136具有高集成度、低功耗、高可靠性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、家電、汽車電子等領(lǐng)域。

IR2136的主要特點(diǎn)包括：

• 高電壓工作能力：最高工作電壓可達(dá)600V，適用于高壓應(yīng)用場(chǎng)景。

• 高驅(qū)動(dòng)能力：提供高達(dá)250mA的驅(qū)動(dòng)電流，能夠快速驅(qū)動(dòng)大功率MOSFET或IGBT。

• 內(nèi)置保護(hù)功能：包括欠壓鎖定（UVLO）、過(guò)流保護(hù)（OCP）、故障邏輯鎖定等。

• 自舉供電技術(shù)：通過(guò)自舉電路實(shí)現(xiàn)高端驅(qū)動(dòng)，無(wú)需額外的隔離電源。

• 低側(cè)和高端輸入隔離：邏輯輸入與功率輸出之間具有高隔離度，適用于微控制器直接驅(qū)動(dòng)。

• 可編程故障清除延遲：通過(guò)外部RC網(wǎng)絡(luò)設(shè)置故障清除時(shí)間。

• 兼容CMOS和LSTTL邏輯：輸入電平兼容3.3V和5V邏輯，方便與微控制器接口。

二、IR2136引腳功能詳解

IR2136采用28引腳PDIP封裝或SOIC封裝，其引腳功能如下：

1. 電源引腳

• VCC（引腳1）：邏輯電源輸入端，為芯片內(nèi)部邏輯電路和低側(cè)驅(qū)動(dòng)提供電源。VCC的典型工作電壓為10V至20V，最大不超過(guò)25V。VCC還為自舉電路提供充電電源。

• COM（引腳2）：邏輯地端，與VCC共同構(gòu)成芯片的低壓側(cè)電源參考地。所有邏輯輸入信號(hào)均以COM為參考。

• VB1、VB2、VB3（引腳3、5、7）：高端浮動(dòng)電源電壓輸出端。這些引腳通過(guò)自舉二極管和自舉電容為高端驅(qū)動(dòng)提供浮動(dòng)電源。VBx與VSx之間的電壓差決定了高端驅(qū)動(dòng)的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。

• VS1、VS2、VS3（引腳4、6、8）：高端浮動(dòng)電源返回端。這些引腳連接到高端功率MOSFET的源極，作為高端驅(qū)動(dòng)的參考地。VSx引腳的電壓隨高端MOSFET的開(kāi)關(guān)狀態(tài)而浮動(dòng)。

2. 邏輯輸入引腳

• HIN1、HIN2、HIN3（引腳9、10、11）：高端驅(qū)動(dòng)邏輯輸入端。這些引腳接收來(lái)自微控制器的PWM信號(hào)，控制高端MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)斷。輸入信號(hào)為低電平有效（即低電平觸發(fā)導(dǎo)通，高電平觸發(fā)關(guān)斷）。輸入信號(hào)需經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器整形，以提高抗干擾能力。

• LIN1、LIN2、LIN3（引腳12、13、14）：低端驅(qū)動(dòng)邏輯輸入端。這些引腳同樣接收來(lái)自微控制器的PWM信號(hào)，控制低端MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)斷。輸入信號(hào)同樣為低電平有效。

• EN（引腳28）：使能輸入端。高電平有效，當(dāng)EN引腳為高電平時(shí)，芯片正常工作；當(dāng)EN引腳為低電平時(shí)，芯片進(jìn)入低功耗模式，所有驅(qū)動(dòng)輸出關(guān)閉。EN引腳可用于實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)或故障后的系統(tǒng)復(fù)位。

3. 驅(qū)動(dòng)輸出引腳

• HO1、HO2、HO3（引腳27、26、25）：高端驅(qū)動(dòng)輸出端。這些引腳直接驅(qū)動(dòng)高端MOSFET的柵極。輸出信號(hào)為推挽輸出，能夠提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流。

• LO1、LO2、LO3（引腳24、23、22）：低端驅(qū)動(dòng)輸出端。這些引腳直接驅(qū)動(dòng)低端MOSFET的柵極。輸出信號(hào)同樣為推挽輸出。

4. 保護(hù)功能引腳

• ITRIP（引腳15）：過(guò)流檢測(cè)輸入端。該引腳接收來(lái)自電流檢測(cè)電路的電壓信號(hào)，當(dāng)信號(hào)超過(guò)內(nèi)部設(shè)定的閾值時(shí)，芯片判定為過(guò)流故障，并關(guān)閉所有驅(qū)動(dòng)輸出。ITRIP引腳通常通過(guò)一個(gè)采樣電阻連接到功率地，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。

• FAULT（引腳16）：故障輸出端。當(dāng)芯片檢測(cè)到過(guò)流、欠壓或其他故障時(shí)，F(xiàn)AULT引腳輸出低電平信號(hào)，可用于驅(qū)動(dòng)外部LED或報(bào)警電路。FAULT引腳為開(kāi)漏輸出，需外接上拉電阻。

• RCIN（引腳17）：故障清除時(shí)間設(shè)置端。通過(guò)外接RC網(wǎng)絡(luò)，可以設(shè)置FAULT信號(hào)的維持時(shí)間。當(dāng)RCIN引腳的電壓升高到8V時(shí)，F(xiàn)AULT信號(hào)恢復(fù)高電平，故障狀態(tài)被清除。

5. 其他引腳

• SD（引腳18）：軟關(guān)斷輸入端。當(dāng)SD引腳為高電平時(shí)，芯片會(huì)以軟關(guān)斷的方式關(guān)閉所有驅(qū)動(dòng)輸出，避免硬關(guān)斷產(chǎn)生的電壓尖峰。SD引腳通常用于實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)或短路保護(hù)。

• VSS（引腳19）：功率地端。與COM引腳類似，VSS為功率電路的參考地。在某些應(yīng)用中，VSS和COM可以短接。

• NC（引腳20、21）：無(wú)連接引腳。這些引腳在芯片內(nèi)部未連接，用戶可根據(jù)需要選擇是否接地或懸空。

三、IR2136內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理

IR2136的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)部分：

1. 邏輯輸入處理電路：

• 輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器整形，消除輸入信號(hào)的噪聲和抖動(dòng)。

• 輸入信號(hào)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路，將CMOS或LSTTL電平轉(zhuǎn)換為芯片內(nèi)部的工作電平。

• 輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波和放大，確保驅(qū)動(dòng)輸出的穩(wěn)定性和可靠性。

2. 高端驅(qū)動(dòng)電路：

• 高端驅(qū)動(dòng)電路采用自舉供電技術(shù)，通過(guò)自舉二極管和自舉電容為高端驅(qū)動(dòng)提供浮動(dòng)電源。

• 當(dāng)?shù)投薓OSFET導(dǎo)通時(shí)，自舉電容通過(guò)自舉二極管充電；當(dāng)高端MOSFET導(dǎo)通時(shí)，自舉電容為高端驅(qū)動(dòng)提供電源。

• 高端驅(qū)動(dòng)電路具有過(guò)流保護(hù)和欠壓鎖定功能，確保高端MOSFET的安全運(yùn)行。

3. 低端驅(qū)動(dòng)電路：

• 低端驅(qū)動(dòng)電路直接由VCC供電，驅(qū)動(dòng)低端MOSFET的柵極。

• 低端驅(qū)動(dòng)電路同樣具有過(guò)流保護(hù)和欠壓鎖定功能。

4. 保護(hù)功能電路：

• 欠壓鎖定（UVLO）：當(dāng)VCC電壓低于設(shè)定的閾值時(shí)，芯片自動(dòng)關(guān)閉所有驅(qū)動(dòng)輸出，避免因電源不足導(dǎo)致的誤動(dòng)作。

• 過(guò)流保護(hù)（OCP）：通過(guò)ITRIP引腳檢測(cè)電流信號(hào)，當(dāng)電流超過(guò)閾值時(shí)，芯片關(guān)閉所有驅(qū)動(dòng)輸出，并輸出FAULT信號(hào)。

• 故障邏輯鎖定：當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，芯片鎖定故障狀態(tài)，直到通過(guò)RCIN引腳清除故障。

5. 死區(qū)時(shí)間控制電路：

• IR2136內(nèi)置死區(qū)時(shí)間控制電路，確保高端和低端MOSFET不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通，避免橋臂直通導(dǎo)致的短路故障。

• 死區(qū)時(shí)間典型值為200ns至500ns，具體取決于工作條件和負(fù)載特性。

四、IR2136典型應(yīng)用電路

以下是一個(gè)基于IR2136的三相無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的典型應(yīng)用示例：

1. 電路組成

• 電源部分：

• 輸入電源：直流24V至48V，通過(guò)濾波電容和穩(wěn)壓電路為芯片和功率MOSFET供電。

• 自舉電路：由自舉二極管（如UF4007）和自舉電容（如10μF/50V）組成，為高端驅(qū)動(dòng)提供浮動(dòng)電源。

• 功率部分：

• 三相逆變橋：由六個(gè)N溝道功率MOSFET（如IRF540N）組成，每相由一個(gè)高端MOSFET和一個(gè)低端MOSFET構(gòu)成。

• 電流檢測(cè)：通過(guò)采樣電阻（如0.01Ω/2W）將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，輸入到ITRIP引腳。

• 控制部分：

• 微控制器：如STM32或DSP，輸出六路PWM信號(hào)，分別連接到HIN1-HIN3和LIN1-LIN3引腳。

• 故障指示：通過(guò)FAULT引腳驅(qū)動(dòng)LED或報(bào)警電路，指示系統(tǒng)故障。

2. 電路工作原理

• 正常工作模式：

• 微控制器輸出六路PWM信號(hào)，控制高端和低端MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)斷。

• 自舉電路為高端驅(qū)動(dòng)提供浮動(dòng)電源，確保高端MOSFET能夠正常導(dǎo)通。

• 電流檢測(cè)電路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)電流，當(dāng)電流超過(guò)閾值時(shí)，芯片關(guān)閉所有驅(qū)動(dòng)輸出，并輸出FAULT信號(hào)。

• 故障處理模式：

• 當(dāng)檢測(cè)到過(guò)流、欠壓或其他故障時(shí)，芯片關(guān)閉所有驅(qū)動(dòng)輸出，并輸出FAULT信號(hào)。

• 用戶可通過(guò)RCIN引腳清除故障，或通過(guò)EN引腳復(fù)位芯片。

3. 電路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

• 自舉電容的選擇：

• 自舉電容的容量需根據(jù)MOSFET的開(kāi)關(guān)頻率和柵極電荷需求選擇。容量過(guò)小會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)不足，容量過(guò)大會(huì)影響電路的響應(yīng)速度。

• 典型值為10μF至22μF，耐壓值需高于電源電壓。

• 自舉二極管的選擇：

• 自舉二極管需具有快速恢復(fù)特性和低反向漏電流，以確保自舉電容能夠快速充電。

• 典型型號(hào)為UF4007或MUR160。

• 電流檢測(cè)電阻的選擇：

• 電流檢測(cè)電阻的阻值需根據(jù)電流檢測(cè)范圍和功率損耗選擇。阻值過(guò)大會(huì)導(dǎo)致功率損耗增加，阻值過(guò)小會(huì)降低檢測(cè)靈敏度。

• 典型值為0.01Ω至0.1Ω，功率需根據(jù)實(shí)際電流計(jì)算。

• 故障清除時(shí)間設(shè)置：

• 故障清除時(shí)間通過(guò)RCIN引腳外接RC網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。RC時(shí)間常數(shù)決定了FAULT信號(hào)的維持時(shí)間。

• 典型值為幾毫秒至幾十毫秒，具體取決于系統(tǒng)需求。

五、IR2136應(yīng)用中的常見(jiàn)問(wèn)題與解決方案

1. 自舉電容電壓不足

• 問(wèn)題表現(xiàn)：高端MOSFET無(wú)法完全導(dǎo)通，導(dǎo)致輸出電壓不足或波形失真。

• 原因分析：

• 自舉電容容量不足，無(wú)法提供足夠的電荷。

• 自舉二極管反向漏電流過(guò)大，導(dǎo)致電容放電。

• 開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高，自舉電容充電時(shí)間不足。

• 解決方案：

• 增大自舉電容容量。

• 更換反向漏電流更小的自舉二極管。

• 降低開(kāi)關(guān)頻率，或優(yōu)化PWM信號(hào)的占空比。

2. 過(guò)流保護(hù)誤觸發(fā)

• 問(wèn)題表現(xiàn)：系統(tǒng)在正常工作時(shí)頻繁觸發(fā)過(guò)流保護(hù)，導(dǎo)致電機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行。

• 原因分析：

• 電流檢測(cè)電阻的阻值選擇不當(dāng)，導(dǎo)致正常電流被誤判為過(guò)流。

• 電流檢測(cè)電路的噪聲干擾，導(dǎo)致信號(hào)波動(dòng)。

• ITRIP引腳的閾值設(shè)置過(guò)低。

• 解決方案：

• 重新計(jì)算電流檢測(cè)電阻的阻值，確保正常電流不超過(guò)閾值。

• 在電流檢測(cè)電路中增加濾波電容，減少噪聲干擾。

• 通過(guò)調(diào)整ITRIP引腳的分壓電阻，適當(dāng)提高過(guò)流閾值。

3. 高端MOSFET發(fā)熱嚴(yán)重

• 問(wèn)題表現(xiàn)：高端MOSFET在運(yùn)行時(shí)溫度過(guò)高，可能導(dǎo)致?lián)p壞。

• 原因分析：

• 高端MOSFET的驅(qū)動(dòng)電壓不足，導(dǎo)致導(dǎo)通電阻增大。

• 高端MOSFET的開(kāi)關(guān)速度過(guò)慢，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損耗增加。

• 散熱設(shè)計(jì)不當(dāng)，導(dǎo)致熱量無(wú)法及時(shí)散發(fā)。

• 解決方案：

• 檢查自舉電路的工作狀態(tài)，確保自舉電容和自舉二極管正常。

• 優(yōu)化PWM信號(hào)的死區(qū)時(shí)間，減少開(kāi)關(guān)損耗。

• 增加散熱片或風(fēng)扇，改善散熱條件。

4. 故障信號(hào)無(wú)法清除

• 問(wèn)題表現(xiàn)：FAULT信號(hào)在故障排除后仍保持低電平，系統(tǒng)無(wú)法恢復(fù)正常工作。

• 原因分析：

• RCIN引腳外接的RC網(wǎng)絡(luò)參數(shù)不當(dāng)，導(dǎo)致故障清除時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短。

• 芯片內(nèi)部故障邏輯鎖定，需通過(guò)EN引腳復(fù)位。

• 解決方案：

• 調(diào)整RC網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，確保故障清除時(shí)間符合系統(tǒng)需求。

• 通過(guò)EN引腳短暫拉低電平，復(fù)位芯片。

六、IR2136的選型與替代方案

1. 選型指南

• 工作電壓：根據(jù)系統(tǒng)需求選擇合適的VCC范圍（10V至20V）。

• 驅(qū)動(dòng)能力：根據(jù)MOSFET的柵極電荷需求選擇合適的驅(qū)動(dòng)電流（IR2136提供高達(dá)250mA的驅(qū)動(dòng)電流）。

• 保護(hù)功能：確認(rèn)系統(tǒng)是否需要欠壓鎖定、過(guò)流保護(hù)等功能。

• 封裝形式：根據(jù)PCB布局選擇PDIP或SOIC封裝。

2. 替代方案

• IR2130：與IR2136類似，但驅(qū)動(dòng)能力較低（200mA），適用于小功率應(yīng)用。

• IR2104：?jiǎn)瓮ǖ罇艠O驅(qū)動(dòng)器，適用于單相逆變器或H橋電路。

• L6384E：意法半導(dǎo)體推出的三相柵極驅(qū)動(dòng)器，具有類似的保護(hù)功能，但引腳排列和功能略有不同。

七、總結(jié)

IR2136是一款高性能的三相柵極驅(qū)動(dòng)集成電路，廣泛應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。其高集成度、低功耗、高可靠性等特點(diǎn)，使其成為工業(yè)控制和家電領(lǐng)域的理想選擇。通過(guò)本文的詳細(xì)介紹，讀者可以全面了解IR2136的引腳功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理以及典型應(yīng)用電路，為實(shí)際設(shè)計(jì)提供參考。

在實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)系統(tǒng)需求合理選擇外圍元件，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，需注意自舉電容、自舉二極管、電流檢測(cè)電阻等關(guān)鍵元件的選擇，避免常見(jiàn)問(wèn)題的發(fā)生。通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)和調(diào)試，IR2136能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供高效、可靠的驅(qū)動(dòng)解決方案。