半桥栅极驱动芯片 D2104M使用手册

一、概述：
D2104M是一款高压、大电流的PWM半桥栅极驱动芯片，只需要8~20V的低测供电，HO/LO端即可输出0.4的源电流/0.6A的灌电流，驱动功率MOSFET或IGBT输出高达600V的电压；逻辑输入兼容CMOS（3.3V）或LSTTL标准电平，内部集成死区控制和关断控制功能。

二、性能优点：
1.宽工作电压8~20V；
2.高输出源电流/灌电流0.4A/0.6A
3.最高支持600V电压输出；
4.兼容3.3V、5V、15V输入逻辑
5.内部集成死区控制，防交叉传导逻辑（互锁），有效预防上下管同时导通；
6.SOP8小封装。

三、应用
1.大电流电机控制，2颗D2104M可组成一个H桥驱动电路实现电机的正、反转；3路或更多D2104M可组成3相/多相电机驱动，实现更精密的电机步进或伺服控制；如电动汽车车窗/滑板车轮等电机驱动等；
2.DC-AC逆变器电路；
3.DC-DC大电流电源转换，D2104可被当作栅极驱动器使用，只使用其HO输出，LO悬空，输出加LC低通滤波电路转换成直流，通过控制开关管的导通和截止状态实现电压的变化和稳定输出，并联1颗或多颗相同的D2104并将VS端短路，可将输出电流提升1倍或多倍；

四、引脚定义

五、内部框图、应用电路及工作原理

内部框图 典型应用电路

工作原理：

当PWM输入低电平0到IN时，LO与VCC导通，输出高电平，下管Q2导通，VS约等于0（实际为Q2的饱和导通压降0.1~0.3V左右）；同时HO与VS导通，输出低电平，上管Q1截止。VCC经二极管D1向自举电容C2充电，假设C2电容很小且不考虑充电时间（频率）、管压降，则C2两端最高电压为VCC；

PWM输入切换到高电平1时，LO与COM导通，输出低电平，下管Q2截止；HO与VB导通，输出高电平，此时VS=600V，由于电容特性C2两端的电压不能突变，两端的电压保持之前的VCC电压，所以VB对地电压=VCC+600V，这就是自举升压的原理；二极管D1此时承受了很高的反向电压，起到了反向隔离的作用，不让高压窜至VCC端；

半桥电路的上下桥臂功率管是交替导通的，为了防止上下两管同时导通，D2104M内部对驱动信号设置了固定的死区时间，即其中一路驱动信号从高电平彻底降到0V后，另外一路驱动信号再从0开始缓慢爬升，所谓死区时间，即驱动信号同时为低的时间；

六、周边器件的计算及选型

1.功率管Q1/Q2，由于HO/LO输出反相及死区设置的特性，外接上、下功率NMOS管必须同型号；

除了考虑其VDS、VGS电压和ID外，还要考虑其频率特性，主要参考Ciss和Qg两个参数，Ciss为栅极总电容，Qg为栅极总电荷，两者越小，频率特性越好；如果选用Ciss/Qg比较大的功率MOS，其驱动信号上升时间变长变缓，MOS管长时间处于不完全导通状态，会增加导通损耗，降低效率，如果开关频率很高甚至有可能出现输出不稳定或发热烧毁；

2.自举电容C2的，C2作用是给上管提供更高的驱动电压和驱动电流，C2如果太大，充电曲线缓慢爬升，到充电结束时电压可能达不到上管Q1栅需要的驱动电压而导致上管不能正常开启或处于不完全导通状态；C2如果太小，则驱动电流不能满足要求，也会导致功率管损耗增加，效率降低；

自举电容计算可参考如下公式：C2>=Qg/(dV*Fsw),其中Qg为功率管栅极总电荷，dV为电容C2从充满至放电结束允许的跌落差，一般取0.5~2V左右，Fsw为开关频率；

3.反向二极管，下管导通时，其提供电容充电时的充电电流；上管导通时，其承受很高的反向电压为Vdr=600+VC2-VCC（VC2为电容C2两端电压，计算时可近似等于VCC），所以主要参考正向电流及反向耐压两个参数；

4.驱动电阻R1/R2，主要和功率管的Ciss组成RC缓冲电路，减缓驱动信号上升速率，可爱效抑制上升过快引起的过冲及振铃的作用，一般取5~20欧；

七、芯谷科技半桥驱动芯片总览

审核编辑 黄宇