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德州儀器LM2104半橋柵極驅(qū)動器技術(shù)解析

科技觀察員 ? 2025-08-11 10:15 ? 次閱讀
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Texas Instruments LM2104半橋柵極驅(qū)動器設(shè)計用于驅(qū)動高側(cè)和低側(cè)N溝道MOSFET,具有同步降壓或半橋配置。 此柵極驅(qū)動器在GVDD上具有8V典型欠壓鎖定,在BST上具有107V絕對最大電壓,在SH上具有 –19.5V最大負(fù)瞬態(tài)電壓處理能力。 LM2104驅(qū)動器提供475ns典型固定內(nèi)部死區(qū)時間、115ns典型傳播延遲,以及內(nèi)置交叉?zhèn)鲗?dǎo)預(yù)防功能。 此緊湊型高壓柵極驅(qū)動器采用與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引腳分配兼容的8引腳SOIC封裝。典型應(yīng)用包括無刷DC (BLDC) 電機、永磁同步電機 (PMSM)、伺服/步進(jìn)電機驅(qū)動器、無繩吸塵器、電動自行車、電動滑板車和電池測試設(shè)備。

數(shù)據(jù)手冊:*附件:Texas Instruments LM2104半橋柵極驅(qū)動器數(shù)據(jù)手冊.pdf

特性

  • 以半橋配置驅(qū)動兩個N溝道MOSFET
  • GVDD上的典型欠壓鎖定為8V
  • 固定內(nèi)部死區(qū)時間:475ns(典型值)
  • 傳播延遲:115ns(典型值)
  • SH上的絕對最大負(fù)瞬態(tài)電壓處理能力為–19.5V
  • BST上的絕對最大電壓為107V
  • 峰值源/灌電流:0.5A/0.8A
  • 內(nèi)置防交叉?zhèn)鲗?dǎo)功能
  • 關(guān)斷邏輯輸入引腳SD
  • 單輸入引腳IN

功能框圖

1.png

典型應(yīng)用電路

2.png

德州儀器LM2104半橋柵極驅(qū)動器技術(shù)解析

一、關(guān)鍵特性與優(yōu)勢

1. 驅(qū)動能力與保護(hù)特性

  • ?高壓耐受?:107V BST絕對最大電壓,-19.5V SH引腳負(fù)瞬態(tài)電壓處理能力
  • ?驅(qū)動能力?:0.5A峰值源電流/0.8A峰值灌電流
  • ?保護(hù)功能?:
    • 高低側(cè)電源軌UVLO保護(hù)
    • 內(nèi)置交叉導(dǎo)通預(yù)防
    • ±1000V HBM ESD保護(hù)

2. 控制特性

  • ?單PWM輸入?:通過IN引腳簡化控制接口
  • ?關(guān)斷控制?:SD引腳低電平時強制關(guān)閉兩路輸出
  • ?固定死區(qū)時間?:475ns典型值,防止直通

3. 性能參數(shù)

  • ?快速響應(yīng)?:115ns典型傳播延遲
  • ?開關(guān)特性?:28ns上升時間/18ns下降時間(CLOAD=1000pF)
  • ?寬工作電壓?:9V至18V GVDD推薦范圍

二、電氣特性參數(shù)

1. 絕對最大額定值

參數(shù)條件范圍單位
VGVDD低側(cè)電源電壓-0.3至19.5V
VBST-VSH高側(cè)電源電壓-0.3至19.5V
VSHDC電壓-1至95V
VSH瞬態(tài)(<100ns)-19.5至95V

2. 開關(guān)特性(VGVDD=12V)

參數(shù)條件典型值單位
tDLRFIN上升至GL下降115ns
tDHFFIN下降至GH下降115ns
tDT內(nèi)部死區(qū)時間475ns
tR輸出上升時間28ns
tF輸出下降時間18ns

三、PCB布局指南

1. 關(guān)鍵布局原則

  1. ?電源去耦?:
    • 100nF BST電容盡量靠近BST-SH引腳
    • 1μF GVDD電容靠近GVDD-GND引腳
  2. ?功率回路?:
    • 保持開關(guān)節(jié)點(SH)走線短而寬
    • 使用完整地平面減少寄生電感
  3. ?熱設(shè)計?:
    • 充分利用PowerPAD散熱
    • θJA=133.2°C/W(需適當(dāng)降額)

2. 典型布局示例

  1. 柵極驅(qū)動電阻靠近MOSFET柵極
  2. 敏感信號遠(yuǎn)離高di/dt路徑
  3. 使用差分走線布置GH/GL信號

四、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 電機驅(qū)動

2. 電源系統(tǒng)

3. 消費電子

  • 無線吸塵器
  • 電動工具
  • 電動自行車/滑板車

五、設(shè)計注意事項

  1. ?負(fù)壓處理?:
    • SH引腳允許-1V DC/-19.5V瞬態(tài)負(fù)壓
    • 必要時添加肖特基二極管(GH-SH或GL-GND)
  2. ?電源時序?:
    • 確保VCC先于VOFFSET上電
      |VIO-VCC| < 0.3V
  3. ?熱管理?:
    • 最大結(jié)溫150°C
    • 高溫環(huán)境需降額使用
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