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半桥驱动芯片IR2104

半桥驱动芯片IR2104

在H桥驱动电路中，一共需要4个MOS管（H桥驱动原理可以看我之前的文章）。而这四个MOS管的导通与截止则需要专门的芯片来进行控制，这个芯片就是半桥/全桥驱动芯片。

IR2104是一款半桥驱动芯片，所谓半桥驱动芯片，便是一块驱动芯片只能用于控制H桥一侧的2个MOS管（1个高端MOS和1个低端MOS）。因此采用半桥驱动芯片时，需要两块该芯片才能控制一个完整的H桥，相应的，采用全桥驱动芯片，一块该芯片便能完成一个完整H桥的控制。

引脚功能

VCC为芯片的电源输入，手册中给出的工作电压为10~20V。

IN和SD作为输入控制，可共同控制电机的转 动状态（转向、转速和是否转动）。

VB和VS主要用于形成自举电路。（后续将详细讲解）

HO和LO接到MOS管栅极，分别用于控制高端和低端MOS的导通与截止。

COM脚直接接地即可。

IR2104中的自举电路

从上面的电路图中可发现：该芯片在Vcc和VB脚之间接了一个二极管，在VB和VS之间接了一个电容。这便构成了一个自举电路。

作用：由于负载（电机）相对于高端和低端的位置不同，而MOS的开启条件为Vgs>Vth，这便会导致想要高端MOS导通，则其栅极对地所需的电压较大。IR2104芯片H桥驱动电路中的自举电路的作用是提供一个高电压源，用于驱动H桥电路中的高侧驱动器。在H桥电路中，高侧驱动器需要提供高于电源电压的电压来驱动高侧开关管（即Vgs>Vth），以确保开关管能够完全导通。自举电路通过利用低侧开关管的导通来充电，并将充电电压提升到高于电源电压的水平，然后通过驱动电路提供给高侧驱动器使用。这样可以确保高侧开关管能够完全导通，从而实现有效的H桥驱动。

补充说明：因为低端MOS源极接地，想要导通只需要令其栅极电压大于阈值电压Vth。

而高端MOS源极接到负载，如果高端MOS导通，那么其源极电压将上升到H桥驱动电压，此时如果栅极对地电压不变，那么Vgs可能小于Vth，又关断。因此想要使高端MOS导通，必须想办法使其Vgs始终大于或一段时间内大于Vth（即栅极电压保持大于电源电压+Vth）。

IR2104半桥驱动芯片工作原理

当IN输入低电平时，HO输出低电平，LO输出高电平，上桥断开，下桥导通，

当IN输入高电平，HO输出高电平，VS输出低电平，VB和HO内部是连在一起的。

Vcc=12V，VM=7.4V（即up to 600V处接7.4V），MOS管的阈值电压Vth=6V。（一般接入的电压值）

第一阶段：首先给IN和SD对应的控制信号，使HO和LO通过内部控制电路分别输出低电平和高电平。此时，外部H桥的高端MOS截止，低端MOS导通，电机转动。同时VCC通过自举二极管对自举电容充电，使电容两端的压差为Vcc=12V。

第二阶段：此阶段由芯片内部自动产生，即死区控制阶段（在H桥中介绍过，不能使上下两个MOS同时导通，否则VM直接通到GND，短路烧毁）。HO和LO输出均为低电平，高低端MOS截止，之前加在低端MOS栅极上的电压放电。

第三阶段：通过IN和SD使左侧的内部MOS管如图所示导通。由于电容上的电压不能突变，此时自举电容上的电压（12V）便可以加到高端MOS的栅极和源极上，使得高端MOS也可以在一定时间内保持导通。此时高端MOS的源极对地电压≈VM=7.4V，栅极对地电压≈VM+Vcc=19.4V，电容两端电压=12V，因此高端MOS可以正常导通。（此时，自举二极管两端的压差=VM，因此在选择二极管时，需要保证二极管的反向耐压值大于VM。）

注意：因为此时电容在持续放电，压差会逐渐减小。最后，电容正极对地电压（即高端MOS栅极对地电压）会降到Vcc，那么高端MOS的栅源电压便≈Vcc-VM=12V-7.4V=4.6V < Vth=6V，高端MOS仍然会关断。

因此想要使高端MOS连续导通，必须令自举电容不断充放电，即循环工作在上述的三个阶段（高低端MOS处于轮流导通的状态，控制信号输入PWM即可），才能保证高端MOS导通。自举二极管主要是用来当电容放电时，防止回流到VCC，损坏电路。

补充说明：在自举电容选择时，其耐压值需大于Vcc并留有一定余量。而自举电容的容值选择需要一定的计算（可以去B站看唐老师讲电赛，这里的话100nF应该是绰绰有余的）。一般来说，PWM的输入频率越大（即电容充放电频率），电容所需容值越小。

死区问题

H桥驱动电路常见的就是死区问题，而IR2104是一种高低侧驱动器，专门设计用于H桥电路的驱动。它可以有效解决H桥电路中的死区问题。以下是IR2104 H桥驱动电路解决死区问题的一些方法：

  1. 延迟时间设置：IR2104驱动器具有专门的引脚用于设置延迟时间。通过调整引脚上的电容和电阻，可以设置高端MOS和低端MOS之间的延迟时间。增加延迟时间可以确保高端MOS和低端MOS不会同时导通或截止，从而避免死区问题的发生。

  2. 死区时间补偿：IR2104驱动器还提供了一个死区时间补偿引脚。通过调整该引脚的电压，可以设置死区时间的补偿量。通过增加或减小死区时间补偿，可以调整高端MOS和低端MOS之间的时间差，从而解决死区问题。

  3. 双极性驱动：IR2104驱动器可以同时控制高端MOS和低端MOS的导通和截止。这样可以确保高端MOS和低端MOS之间的时间差被精确控制，避免死区问题的发生。

通过上述方法，IR2104驱动器可以有效解决H桥电路中的死区问题，确保高端MOS和低端MOS的导通和截止时间不重叠，从而保证电路的稳定性和可靠性。在使用IR2104驱动器时，需要根据具体应用需求和参数要求，合理设置延迟时间和死区时间补偿，以达到最佳的驱动效果。

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