IR2277S/IR2177S：交流电机控制的高性能电流传感器IC

在交流电机驱动应用中，精确的电流测量至关重要。IR2277S/IR2177S（PbF）作为一款高电压、高速的单相电流传感器接口IC，为交流电机控制提供了出色的解决方案。本文将深入介绍这款IC的特点、参数、工作原理以及设计要点。

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一、产品特点

IR2277S/IR2177S具有众多令人瞩目的特点，使其在交流电机控制领域脱颖而出。

1. 高电压浮动通道：IR2177的浮动通道可达600V，IR2277更是高达1200V，能适应不同的高压应用场景。
2. 同步采样测量系统：确保精确的电流测量，并且具备高PWM噪声（纹波）抑制能力，有效减少干扰。
3. 数字PWM输出：方便与数字信号处理器（DSP）接口，实现高效的控制。
4. 快速过流检测：能够及时检测到过流情况，为IGBT提供保护。
5. 低感应延迟：感应延迟小于7.5µsec（@20kHz），保证快速响应。
6. 比例式模拟输出：适合与DSP的A/D接口配合使用，输出与测量电流成比例的模拟电压。

二、产品参数

（一）产品概述

参数	IR2277	IR2177
V OFFSET (max)	1200 V	600 V
V in range	±250mV	±250mV
Bootstrap supply range	8 - 20 V	8 - 20 V
Floating channel quiescent current (max)	2.2 mA	2.2 mA
Sensing latency (max)	7.5 µsec (@20kHz)	7.5 µsec (@20kHz)
Throughput	40ksample/sec (@20kHz)	40ksample/sec (@20kHz)
Over Current threshold (max)	±470 mV	±470 mV

（二）绝对最大额定值

该IC规定了一系列绝对最大额定值，超出这些值可能会对器件造成损坏。例如，高侧浮动电源电压（V B），IR2277的范围是 - 0.3V至1225V，IR2177是 - 0.3V至625V。同时，还对其他参数如高侧浮动地电压（V S）、输入电压（V in+ / V in-）等都有明确的限制。

（三）推荐工作条件

为了确保器件正常工作，需要在推荐的条件下使用。例如，高侧浮动电源电压（V BS）应在V S + 8.0V至V S + 20V之间，同步输入频率（f sync）根据不同的输出（PO或OUT）有不同的范围要求。

（四）静态电气特性

在特定的测试条件下（V CC、V BS = 15V，Temp = 27°C），该IC表现出一系列静态电气特性。如静态V BS电源电流（I QBS）最大为2.2mA，静态V CC电源电流（I QCC）最大为6mA等。

（五）交流电气特性

交流电气特性描述了IC在交流信号下的性能。例如，PO PWM频率（f sync）范围是4 - 20kHz，吞吐量（f out）与同步频率相关，带宽（BW）在同步频率处 - 3dB等。

三、工作原理

（一）SYNC输入

SYNC输入用于同步整个器件，必须与三角PWM载波同步，以确保器件正常工作。SYNC引脚内部下拉（10 kΩ至V SS）。

（二）PWM输出（PO）

PWM输出是一个开集电极输出（低电平有效），需要通过外部电阻上拉到合适的电源。PO的占空比在10% - 30%之间变化，零输入电压对应20%的占空比。同时，通道1和通道2可能存在偏移差异，需要分别进行补偿。

（三）过流输出（OC）

OC输出是一个开漏引脚（低电平有效）。当|V in| > V OCth时检测到过流，若过流事件持续时间超过tdoor，OC引脚将被拉低并保持锁定，直到PO被外部强制拉低至少T OCoff。此外，还可以通过将OC引脚与PO引脚短路来实现自动复位功能。

（四）模拟输出（OUT）

模拟输出内部缓冲，能够驱动最大50nF的电容负载。V RH和V RL设置OUT引脚的动态范围和增益。模拟输出还具有一些动态特性，如压摆率（SL OUT）、建立时间（t settl）、测量延迟（MD）和阶跃响应（SR）等。

（五）DC传输函数

PWM输出（PO引脚）的占空比与输入信号成反比，而OUT引脚提供模拟转换输出。通过特定的公式可以计算出PO的占空比和OUT的输出电压。

（六）滤波交流特性

IR2177/2277的信号路径由三个串联阶段组成，前两个阶段进行滤波。输入滤波器是一个自适应复位积分器，能够自动提取PWM频率并在偶次谐波处设置传输零点，有效抑制PWM噪声。同时，通过特定的方法可以实现奇次谐波的消除。

（七）输入滤波器增益设置

G0和G1引脚用于改变高侧输入滤波器积分器的时间常数。根据SYNC频率，需要正确连接G0和G1引脚，以避免输入滤波器内部饱和。

四、设计要点

（一）自举电源

自举电源为IR2277S/IR2177S的高侧驱动电路提供电源，通过二极管和电容连接实现。在选择自举电容时，需要考虑多种因素，如浮动部分的静态电流、泄漏电流等。同时，还需要注意电压纹波、自举电阻、自举电容和自举二极管的选择。

（二）PCB布局

在PCB布局时，需要注意以下几点：

1. 尽量增大浮动电压引脚和低电压引脚之间的距离，将与浮动电压相关的组件放置在器件的高压部分。
2. 避免在高电压浮动侧下方或附近放置接地平面，以减少噪声耦合。
3. 减少电流环路，采用Kelvin连接方式连接V in+和V in到分流路径，并将V S与V in在分流电阻附近进行星型连接。
4. 将电源电容尽可能靠近器件引脚放置，以减少寄生电感和电阻。

五、总结

IR2277S/IR2177S是一款功能强大的交流电机控制电流传感器IC，具有高电压浮动通道、同步采样测量系统、快速过流检测等诸多优点。在设计应用时，需要充分考虑其参数和工作原理，合理进行自举电源设计和PCB布局，以确保其性能的充分发挥。各位工程师在实际应用中，是否遇到过类似IC的使用问题呢？欢迎分享交流。