今天讲的是驱动芯片IR2104，做智能车的驱动电路时，最常用的一套方案就是使用IR2104配合NMOS-LR7843进行全桥控制，主要分为以下几个方面：

一、IR2104简介

二、IR2104特点

三、IR2104参数

四、IR2104引脚说明

五、IR2104内部原理

六、IR2104典型电路及原理

七、总结

一、IR2104简介

IR2104(S)是高电压，高速功率MOSFET和IGBT驱动器，具有依赖的高和低侧参考输出通道。专有的HVIC和闩锁免疫CMOS技术使坚固的整体结构。逻辑输入与标准CMOS或LSTTL输出兼容，最小可达3.3V逻辑。输出驱动器具有高脉冲电流缓冲级，设计用于最小的驱动器交叉传导。浮动通道可用于驱动高侧配置的N通道功率MOSFET或IGBT，其工作电压从10到600伏。

图 1 IR2104实物图

二、IR2104特点

• 浮动通道专为自举操作设计

可在+600V下完全工作

耐受负瞬态电压

dV/dt免疫

• 栅极驱动电压范围从10到20V

• 欠压锁定

• 3.3V、5V和15V输入逻辑兼容

• 跨导预防逻辑

• 内部设置死区时间

• 同相输入高侧输出

• 关闭输入关闭两个通道

• 匹配的传播延迟为两个通道

• 也可用无铅

三、IR2104参数

• 引脚数目：8

• 安装：通孔

• 最大工作温度：125°C

• 最小工作温度：-40°C

• 最大升压时间：170ns

• 最大接通时延：60ns

• 最大断路时延：60ns

• 最大电源电流：0.27A

• 桥类型：半桥

• 输出数目：2

四、IR2104引脚说明

图 2 IR2104引脚说明

【引脚1】VCC：低侧浮动及参考电源输入脚

【引脚2】IN：高侧和低侧栅极驱动器输出（HO和LO）的逻辑输入，与HO同相
【引脚3】SD——：使能信号，高电平有效，芯片工作
【引脚4】COM：低侧回流
【引脚5】LO：低侧门极驱动输出
【引脚6】VS：高侧浮动电源回流

【引脚7】HO：高端栅极驱动输出

【引脚8】VB：高侧浮动电源输入脚

IN为高电平时HO为高，LO为低；IN为低电平时，HO为低，LO为高电平。PWM信号就是在这里输入（因为片内自带了CMOS和LSTTL电平兼容器，可以直接输入而不用考虑电平转换）。

VB，HO，VS这三个控制上半桥的MOS导通。

VCC，LO，COM这三个控制下半桥的MOS导通。

五、IR2104内部原理

图 3 IR2104功能框图

这个驱动设计单从信号逻辑上分析比较容易理解，但要深入的理解和更好的应用，就需要对电路做较深入的分析，对一些外围元件的参数确定做理论分析计算。现在对内部结构进行简单的分析：

芯片被选中后，输入的信号经过死区/击穿保护电路后分两路分别送入上下两组CMOS电路。下路是“0”控制导通，直接送入信号；上路是“1”导通，先通过高脉冲电流缓冲级（high pulse current buffer stage）控制完成信号缓冲以及电平的转换（因为上半桥电压来受外部电源影响，需要转换），再送入信号。

初始写0时：下路CMOS上管导通，LO由浮空抬压至芯片电源电位，因此LO和COM之间产生导通电压VCC，下半桥MOS导通；上路CMOS下管导通，HO和VS短路，上半桥MOS关断。

当写1时，上路CMOS上管导通，依靠电容自举，HO和VS间产生导通电压VCC，上半桥MOS导通；下路CMOS下路导通，LO和COM短路，下班桥MOS关断。

所以可见，IR2104电源电压必须大于选择的MOS或者IGBT管的导通电压，比如智能车电路里2104用的12V就大于LR7843的导通4.5V。

六、IR2104典型电路及原理

图 4 IR2104典型电路

IR2104可以控制半桥的核心在于其VB和VS脚之间外接的“自举电容”。那么何谓自举呢？以典型电路为例：

此半桥电路的上下桥臂功率管是交替导通的。每当下桥臂开通，上桥臂Q1关断时Vs脚的电位为下桥臂Q2的饱和导通压降，基本上接近地电位。此时Vcc通过自举二极管对VB和VS间的自举电容C1充电使其接近Vcc电压。

当Q2关断时，基于内部的CMOS结构，HO和VS之间断开，HO和Vb之间导通。同时，VS端的电压会升高，由于C1电压不能突变为VCC，VCC与VB间又有自举二极管，因此VB点的电位接近于VS点电位和C1上电压之和。所以此时VB（HO）和VS之间的压差就为VCC电压，利用这个压差就可以打开上桥臂。

总结：当Q1开通时，自举电容C1作为一个浮动的电压源驱动Q1，导通上桥臂；而Q2开通后，Q1关断，VS处的浮动电源消失，C1在开通期间损失的电荷在又会得到补充。如此循环，即可控制Q1和Q2进行半桥驱动。这种自举供电方式就是利用VS端的电平在高低电平之间不停地摆动来实现的，由于自举电路无需浮动电源，因此是最便宜的。

因为自举电容器上的电压基于高端输出晶体管源极电压上下浮动，所以图中的D和C1是IR2104在脉宽调制(PWM)应用时最需要严格挑选和设计的元器件。只有根据一定的规则进行计算分析，并在电路实验时进行调整，才能使电路工作处于最佳状态。

D是一个重要的自举器件，应能阻断直流干线上的反向高压，其承受的电流是栅极电荷与开关频率之积。同时为了减少电荷损失，应选择反向漏电流小的快恢复或者肖特基二极管。

芯片内高压部分的供电都来自图中自举电容C2上的电荷，所以为了保证高压部分电路有足够的能量供给，应适当选取C2的大小。

七、总结

总的来说，IR2103是半桥驱动器，也可以用两个组成H桥驱动，作为控制MOS导通的门极驱动器，它最大也只过200多MA的电流，在绘制PCB时，电源线给20mil即可。

想了解电机驱动原理可以参考这篇文章：