IR2101半桥驱动案例
IR2101应用笔记（IR2101）（全桥）（MOS）
IR2101应用笔记（IR2101）（全桥）（MOS）
摘要：
IR2101是半桥驱动，当然IR也有全桥的驱动，但因为手上正好有IR2101，所以就用两片IR2101+4个NMOS做了一个全桥驱动。
介绍：
IR2101内部框图如下：
Datasheet上给出的参考电路如下：
原理分析：
下桥导通不用分析，关键是上桥。
NMOS需要在G-S极加10V~20V电压才能完全导通。
C1和D1的作用是与负载（P1）组成一个BOOST升压电路，在VB脚上产生一个VCC+12V的电压，芯片会用VB脚的电压来驱动NMOS上管。
C1正常升压的前提是IR2101先开通下管（Q4），给C1充电，然后再开上管（Q2）；如果上桥需要保持一个比较长的时间则需要重复充电的动作来保证VB脚的电位不会低于VCC+10V（C1要求是低漏电耐纹波长寿型的）。
如果半桥恒导通，即Q2和Q3恒导通，这样上管Q2的S极电位就变成了VCC，而G级必须比S级高10V～20V才能保持Q2的DS 导通，否则管子会进入线性区开始发热。
如何才能半桥恒导通：使用主动升压电路来代替D1 C1，主动升
压到VCC+12V，输入IR2101的VB脚，C2保留D1去掉。
D3~D6的作用：关断时为快速泄放MOS管GS寄生电容上的电荷一般采取在限流电阻上并一个二极管的做法，这样可以加快关断速度。
IR2104 + IRF540 MOS电机驱动全桥 学习与实践过程
IR2104 + IRF540 MOS电机驱动全桥学习与实践过程使用L293或L298等全桥芯片来控制直流电机虽然简便而且成本低廉，但由于它们的内阻较大，在控制大电流的马达时芯片常常过热，导致系统的整体效率较低。
在电动车上，马达控制芯片的内阻过大会导致车子的加速度变小。
本人设想在暑假制作一个大的轮式或者履带式机器人，并且希望它能跑到公交车那么快，于是开始研究如何使用MOS管来控制更大电流的电机。
首先，本人参考了《大功率直流马达的驱动——ABU ROBOCON 2005比赛之动力方案》一文中的电路图（原文地址 /article.php?sid=192 ）按照这个原理图，我热转印制作了单个全桥的实验电路。
个别的电阻电容值有所变动。
上电并给予有效的持续高电平信号后发现电路不能驱动马达，而2104开始发烫，540没有任何反应。
于是更换2104，但仍出现同样的现象。
通过示波器检测发现，高端MOS没有被驱动，而低端MOS的G 端信号正常，因而桥没有被导通。
更换信号方向，另外半桥仍然出现相同的现象。
本人开始怀疑是BOOTSTRAP电容的问题，于是实验了不同的电容值。
但无论怎么变换，问题仍然没有被解决。
由于手头没有4148，使用了IN5819作为续流二极管，按道理5819只会比4148更好，不应该成为问题的原因。
由于手头2104只有6片，而所有的都上电并且发热过，于是重新购买了一批2104。
在这里感谢周顺同学，那天刚好他毕业考考好，帮我到科技京城买了2104。
更换2104后，电路工作正常。
周顺看了看我原来的2104，恍然大悟：原来的芯片是97年前的旧货。
马达欢快地转了起来。
由于540的内阻要比298小很多，马达的加速度明显提高，变向时电刷更是发出了闪亮的火星。
回到家后用示波器开始研究高端MOS的G端驱动电压波形。
发现在EN端为高的初期，高端MOS的驱动电压突然升至比VCC高10V。
此时强推动作用起效。
但随着时间的流逝，该电压逐渐衰减为VCC，MOS的导通程度越来越不完全。
MOSFET_IGBT半桥驱动芯片IR21的应用研究
MOSFET_IGBT半桥驱动芯片IR21的应用研究IR2111是一种常用的MOSFET_IGBT半桥驱动芯片，被广泛应用于工业电子，电力转换以及电动汽车等领域。
本文将对IR2111的应用进行研究，分析其特点、工作原理以及应用案例。
一、IR2111的特点1.高可靠性：IR2111在设计上考虑了抗高斯噪声和电磁干扰，具有较高的抗干扰性能，可以提供稳定可靠的驱动信号。
2.高驱动能力：IR2111具有较大的输出电流能力，可以直接驱动大功率MOSFET或IGBT。
3.半桥驱动：IR2111适用于半桥拓扑结构，可以同时驱动上下桥臂的MOSFET或IGBT，实现高效率的功率转换。
4.内置保护机制：IR2111内置短路保护电路和过电流保护电路，可以有效保护MOSFET或IGBT免受损坏。
5.宽工作电压范围：IR2111的工作电压范围广泛，可以适用于不同的应用场合。
二、IR2111的工作原理IR2111采用了双侧驱动的结构，内部包含一个低侧驱动和一个高侧驱动，用于驱动半桥拓扑结构中的MOSFET或IGBT。
1. 低侧驱动：低侧驱动电路由“1/2H-bridge”和“LO”引脚组成。
当“LO”引脚输入高电平时，“1/2H-bridge”输出低电平，MOSFET或IGBT导通。
当“LO”引脚输入低电平时，“1/2H-bridge”输出高电平，MOSFET或IGBT截止。
2. 高侧驱动：高侧驱动电路由“1/2H-bridge”和“HO”引脚组成。
当“HO”引脚输入低电平时，“1/2H-bridge”输出高电平，MOSFET或IGBT导通。
当“HO”引脚输入高电平时，“1/2H-bridge”输出低电平，MOSFET或IGBT截止。
3.脉冲变换器：IR2111内部还包含一个脉冲变换器，用于将输入信号转换为半桥驱动信号，并提供相位补偿和死区时间控制。
三、IR2111的应用案例1.电机驱动：IR2111可以应用于电机驱动中，将其用于MOSFET或IGBT的半桥驱动电路中，实现电机的高效率驱动。
STM32+IR2104S的H桥电机驱动电路详解
STM32+IR2104S的H桥电机驱动电路详解电机：俗称“马达”，依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。
包括：电动机和发电机。
电动机在电路中是用字母M表示，它的主要作用是产生驱动转矩；作为用电器或各种机械的动力源，发电机在电路中用字母G表示，它的主要作用是利用机械能转化为电能。
电机控制：对电机的启动、加速、运转、减速及停止进行的控制。
1.直流有刷电机直流有刷电机(Brushed DC，简称BDC)，由于其结构简单，操控方便，成本低廉，具有良好的扁动和调速性能等优势，被广泛应用于各种动力器件中，小到玩具，按钮调节式汽车座椅，大到印刷机械等生产机械中都能看到它的身影。
直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋转带动负载。
优点：价格低、控制方便缺点：由于电刷和换向器的存在，有刷电机的结构复杂，可靠性差，故障多，维护工作量大，寿命短，换向火花易产生电磁干扰。
2.步进电机步进电机就是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构；更通俗一点讲：当步进驱动器接收到个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。
我们可以通过控制脉事的个数来控制电机的角位移量，从而达到精确定位的目的；.同时还可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
优点：控制简单，低速扭矩大，成本低；缺点：步进电机存在空载启动频率，所以步进电机可以低速正常运转，但若高于一定速度时就无法启动，并伴有尖锐的啸叫声；同时，步进电机是开环控制，控制精度和速度都没有伺服电机那么高。
3.伺服电机伺狠电机广泛应用于各种控制系统中，能将输入的电压信号(或者脉冲数)“转换为电机轴上的机械输出量，拖动被控制元件，从而达到控制目的。
伺服电机系统见下图。
一般地，、要求转矩能通过控制器输出的电流进行控制；电机的反映要快、体积要小、控制功率要小。
伺服电机主要应用在各种运动控制系统中，尤其是随动系统。
使用IR2104S搭建的H桥-机器人队比赛经典版
使用IR2104S搭建的H桥-机器人队比赛经典版还记得当年在机器人队的时候，H桥是我们电控组的老大难，经常听到队友说的话就是“哎呀！H桥又烧了！”“哎！这个H桥怎么刚焊上就同臂导通了！”，我就是深为其苦的人之一。
到今日离在机器人队的日子已经五年有余，正好公司的项目可能会用到它，所以重新设计了一版，顺便记录遇到的问题，也算是给曾经的学习过程做一个总结。
集成的H桥芯片也有很多，比如L298N，但是一般负载电流会受到限制。
使用分立元件搭建的H桥，比如桥臂驱动芯片配合N沟道MOSFET，能够达到非常大的负载电流和非常高的频率，而且可以更换器件，从而具备更多的可定制性。
这里桥臂驱动芯片采用IR2104S，MOSFET管采用IRF540N。
原理图：PCB板：焊接好的成品板：遇到的问题一，采用+12P（图中的+12V）和VPP分开的设计？机器人队的H桥第一版，（MOSFET管和负载的）VPP和（IR2104S和光耦的）+12P，由外部分别供电；为了简化对锂电池的要求，并且方便模块化的使用，第二版的+12P经VPP从LM2596给出（它在市场上很常见，而且开关特性适应宽电压输入）。
这里仍然采用了第一版的设计，即VPP和+12P分开供电。
原因a：硬件成本的考虑。
三个光耦加上两个IR2104S芯片的功耗是非常低的，即使同时挂载10个H桥，采用1个负载电流为200mA的开关稳压芯片也就够了。
原因b：解放了VPP的输入范围。
由于IR2104S的工作电压为10V～20V，而光耦6N135的最高工作电压为15V，光耦TLP521-1的最高工作电压为24V，因此这里取+12P为它们供电。
如果是第二版的设计，为了获得这个+12P，VPP必须保持在14V以上。
分开供电的话，VPP可以为0V以上的任意值（当然还要考虑输入电容和MOSFET的耐压）。
遇到的问题二，光耦的选型？H桥需要从光耦接收三个信号，分别是左桥臂PWM，右桥臂PWM和SHDN，而直流电机的斩波频率一般在10KHz以上，所以这里需要两个高速光耦和一个普通光耦。
ir2102工作原理
ir2102工作原理IR2102是一种高性能半桥驱动芯片，用于驱动MOSFET管来控制交流电机的速度。
它能够提供相位控制和PWM调制功能，为交直流电机提供高效率和高质量的控制。
IR2102的工作原理是通过控制驱动电路和保护电路来实现对电机驱动系统的控制。
首先，IR2102内部有一个具有高电压隔离功能的驱动器。
驱动器有两个着陆电机输出线，用于连接MOSFET管，以控制电机的转速。
IR2102通过输入信号来控制驱动器的操作，输入信号有两个，一个是输入逻辑信号IN，另一个是输入电源信号VCC。
IN信号用于控制驱动器的开关和关闭，以达到对电机的控制目的。
VCC信号用于为驱动器提供工作电压，以保证其正常工作。
其次，IR2102还内置了多种保护功能。
其中之一是输入信号的过电压保护功能。
当输入信号超过指定的最大电压范围时，IR2102会自动断开输出，以保护设备免受潜在的损坏。
另一个是输出过电流保护功能。
当MOSFET管的电流超过IR2102指定的最大电流范围时，IR2102会自动降低输出电流，以防止设备过载。
此外，IR2102还具有过温保护功能，能够自动降低输出电流或关断输出，防止芯片过热导致故障。
IR2102可以通过内部逻辑电路来实现相位控制和PWM调制功能。
相位控制使得驱动器能够控制MOSFET管的开关时间，从而控制电机的相位。
PWM调制使得驱动器能够控制MOSFET管的开关频率，从而调节电机的转速。
IR2102采用了电流模式控制，能够根据电机的工作条件动态调整输出电流，以提供最佳效能。
IR2102还具有较低的功耗和高驱动能力，适用于高速和重载应用。
此外，它还采用了传感器信号隔离技术，使得输入和输出之间具有高达2000V的电压隔离能力，提供了更安全的工作环境。
总之，IR2102作为一种高性能半桥驱动芯片，在交直流电机驱动系统中发挥着重要的作用。
其工作原理是通过控制驱动电路和保护电路来实现对电机的精确控制，使得电机具有高效率和高质量的运行。
供高电压栅极驱动器IC使用的自举电路的设计和使用准则
图 12. 情况 2 的 VB 和 VS 波形 VB=VBS+VS<0导致寄生二极管DBCOM导通VB被箝位在0V 一 种 实 用 的 电 路 可 能 处 在 以 上 两 种 极 限 之 间，结 果 是 VBS 电压稍微增大，和 VB 稍低于 VDD，如图 13 所示。
VB
VS
VB 䖥 COM VBS ࡴ
LS2
GND
- VS
D1
iLOAD iFree
V COUT
OUT
图 5. 降压转换器 图 6 描述了高端 N 沟道 MOSFET 关断期间的电压波形。
图 3. 半桥式应用电路
HIN
t
VS -COM
-VS
t
㓁⌕
图 4. 关断期间的 VS 波形
A⚍
VBS
B⚍ C⚍ VGS=B-C П䯈
VDC+VGSˈᆚࢦ VDC
㛝ކথ⫳఼
IN
䌃䗮⬉⌕㸹ٓᷙᵕ偅ࡼ఼
VB
UVLO
HO
RR
ాໄ⍜䰸఼
S
Q
VS
图 1. 高端驱动集成电路的电平转换器
2.2 自举式驱动电路工作原理
自举式电路在高电压栅极驱动电路中是很有用的，其工
作原理如下。当 VS 降低到 IC 电源电压 VDD 或下拉至地 时 （低端开关导通，高端开关关断），电源 VDD 通过自 举电阻， RBOOT，和自举二极管， DBOOT，对自举电容 CBOOT，进行充电，如图 2 所示。当 VS 被高端开关上拉 到一个较高电压时，由 VBS 对该自举电容充电，此时， VBS 电源浮动，自举二极管处于反向偏置，轨电压 （低 端开关关断，高端开关导通）和 IC 电源电压 VDD，被隔 离开。
半桥功率开关驱动电路仿真试验
内燃机测试技术试验实验半桥功率开关驱动电路仿真试验实验学时：2实验类型：基础型实验对象：本科生一．实验目的：1.了解半桥功率开关驱动电路的工作原理和应用。
2.了解半桥功率开关驱动方式的实现原理和特点。
3.掌握半桥功率开关驱动电路关键元器件选择和电路保护。
二．实验原理及设备说明1.半桥功率开关驱动电路的工作原理半桥功率开关驱动的原理结合了高低端功率开关驱动的特点，负载的连接方式有两种，一种是一端通过高低端功率管的串联共同接点引出，另外一端一般接地，驱动原理图如图1所示；另外一种连接方式是负载串联在高低开关管中间，驱动原理如图2所示。
高端和低端控制信号呈反相关系，而且高低端控制信号之间加入死区控制时间，防止高低位开关管同时导通出现电源和地短路的异常情况。
没有控制信号的时候，高位开关管不导通，低位开关管导通，此时负载中没有电流流过或者电流通过低位管进行续流；控制信号有效的时候，打开高位开关管，于是电流从电源正端经过半桥的开关管，然后经过负载流出，最后通过地线形成回路，此时低位开关不导通。
图1 半桥驱动原理图图2 负载串联高低端方式由于半桥电路采用了高低位开关管的方式，因此一般需要两个开关管，而且由于功率开关管N型和P型的不同，故可以有4种不同的实现方式，其中以高位N型，低位N型和高位P型，低位N型使用最为普遍。
高位P型，低位N型的控制方式最为简洁，因为P型高位开关管的控制一般采用负逻辑，而低位N 型开关管一般采用正逻辑，实现起来最为方便。
高低位均采用N型开关管的好处是，可以通过较大的电流，适用于功率较大的负载，缺点是和高位开关控制一样，需要比较负载的高位控制逻辑，一般高位必须采用自举电路或者充电泵电路实现高端控制，具体的实现方式见高位开关驱动电路一节。
2.半桥功率开关驱动方式的实现原理和特点由半桥功率开关驱动的原理知道，半桥功率开关最大的难点仍然是高位开关管的控制，其中高位开关控制的方式有两种，分别是G端电压跟随S端电压浮动的自举驱动方式，另外一种是G端恒定电压的驱动方式，两者的驱动原理实现分别如图3和4所示。
驱动电路IR2110的特性及应用
驱动电路IR2110的特性及应用功率变换装置中的功率开关器件，根据主电路的不同，一般可采用直接驱动和隔离驱动两种方式。
其中隔离驱动可分为电磁隔离和光电隔离两种。
光电隔离具有体积小，结构简单等优点，但同时存在共模抑制能力差，传输速度慢的缺点。
快速光耦的速度也仅有几十kHz。
电磁隔离用脉冲变压器作为隔离元件，具有响应速度快(脉冲的前沿和后沿)，原副边的绝缘强度高，dv／dt共模干扰抑制能力强等特点。
但信号的最大传输宽度有受磁饱和特性的限制，因而信号的顶部不易传输。
而且最大占空比被限制在50％。
同时信号的最小宽度也要受磁化电流的限制。
同时脉冲变压器体积也大，而且笨重，工艺复杂。
凡是隔离驱动方式，每路驱动都需要一组辅助电源，若是三相桥式变换器，则需要六组，而且还要互相悬浮，因而增加了电路的复杂性。
随着驱动技术的不断成熟，现已有多种集成厚膜驱动器推出。
如EXB840／841、EXB850／851、M57959L／AL、M57962L／AL、HR065等等，它们均采用的是光耦隔离，而光耦隔离仍受到上述缺点的限制。
而美国IR公司生产的IR2110驱动器则兼有光耦隔离(体积小)和电磁隔离(速度快)的优点，是中小功率变换装置中驱动器件的首选品种。
1 IR2110的结构特点IR2110采用HVIC和闩锁抗干扰CMOS工艺制造，DIP14脚封装。
该器件具有独立的低端和高端输入通道。
其悬浮电源采用自举电路，高端工作电压可达500 V，dV／dt=±50 Wns，15 V下的静态功耗仅116 mW。
I R2110的输出端f脚3，即功率器件的栅极驱动电压)电压范围为10～20 V，逻辑电源电压范围(脚9)为5～15 V，可方便地与TTL、CMOS电平相匹配，而且逻辑电源地和功率地之间允许有±5 V的偏移量；此外，该器件的工作频率可达500 kHz，而且开通、关断延迟小(分别为120 ns和94 ns)，图腾柱输出峰值电流为2 A。
IR2101原理
IR2101原理
IR2101是一种高性能半桥驱动芯片，主要应用在直流至交流（DC-AC）变换器、电机驱动器、逆变器和电源应用中。
该芯片采用了高可靠性和高
时序精度的CMOS工艺，能够驱动高端智能功率模块以及高频变换器，提
供卓越的性能和可靠性。
在IR2101的输入端，一个实时控制输入信号可以控制输出信号的状态。
芯片接收到输入信号后，通过集成的逻辑门进行处理，并将相应的PWM信号驱动给半桥输出级。
IR2101的输出端为半桥驱动级，由一个高端驱动器和一个低端驱动
器构成。
这两个驱动器通过一个共模电平发生器相互连接。
驱动器接收到
来自逻辑控制器的PWM信号后，在高低电平切换时快速给出相应的驱动信号。
高端驱动器会将信号输出到高侧MOSFET，而低端驱动器则输出到低
侧MOSFET。
总之，IR2101是一种高性能的半桥驱动芯片，能够广泛应用在直流
至交流变换器、电机驱动器、逆变器和电源应用中。
其原理基于PWM技术，通过调整PWM信号的占空比来控制输出信号的幅值和频率。
此外，它还具
备过电流保护功能和高速高压隔离技术，提供优异的性能和可靠性，使其
成为电力电子领域不可或缺的元器件之一。
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IR2101半桥驱动案例
案例背景：
假设我们有一个电压为12V，电流为10A的直流电机，我们需要设计一套半桥驱动电路来控制电机的运动。
为了提高系统的性能和效率，我们选择使用IR2101作为驱动器。
方案设计：
1.电源电压选择：
由于电机电压为12V，我们可以使用一个12V电源来为半桥驱动电路供电。
在实际设计过程中，我们需要考虑电源的质量和稳定性，以确保半桥驱动器正常工作。
2.半桥电路设计：
半桥电路是由N沟MOS管和P沟MOS管组成，其作用是控制电机的正反转。
在设计过程中，需要根据电机的工作电压和电流来选择合适的MOS 管。
3.IR2101参数选择：
4.电路连接和布局：
将电源、半桥电路和IR2101进行连接，进行布局时需要考虑信号传输的稳定性和抗干扰能力。
5.控制信号生成：
案例实施：
1.根据电机的工作电压和电流选择合适的MOS管。
假设我们选择N沟MOS管的额定电流为20A，满足电机电流为10A的需求。
2.根据IR2101的参数表选择合适的IR2101型号。
假设我们选择
IR2101S，其工作电源电压范围为10V-20V，满足12V电源的需求。
3.根据电路连接和布局的要求，进行布线设计。
将电源、半桥电路和IR2101进行连接，保证信号的传输稳定性和抗干扰能力。
4.生成驱动信号。
控制信号由一个PWM信号和一个逻辑信号组成，可
以使用微控制器来生成。
根据电机的工作速度和转向生成相应的控制信号。
5.连接电机并进行测试。
将电机连接到半桥驱动电路上，接入电源，
通过控制信号来控制电机的运动。
进行测试，验证系统的性能和功能是否
满足需求。
总结：
通过这个案例，我们了解了IR2101半桥驱动器的应用，重点介绍了
设计过程中的关键要点，包括电源电压选择、半桥电路设计、IR2101参
数选择、电路连接和布局以及控制信号生成。
通过正确选择和设计，可以
实现高效、稳定和可靠的半桥驱动系统。