Ir2014驱动电路及自举电容的应用

以前做智能车的时候用H桥驱动电路，驱动芯片就是用的IR2104，MOS管用的IR7843，想把以前的知识总结一下。
1、 为什么需要H桥电路? 因为驱动电机正反转，我们用的是有刷直流电机，如果要电机反转，只需要将电源线和地线调换一下顺序即可，调换顺序之后，线圈在磁场中的受力方向和以前相反，因此电机反转，可以根据初中学的通电导体在磁场中的受力方向来分析。可以通过一下视频来更详细的了解。

 
而我们需要电机正反转则需要切换电机两端电源的方向，因此H桥电路是一个很好的选择。
2、IR2104
IR2104 的的驱动电压是12V，当初电池供电只有8V，所以用了MC34063做了升压电路对它供电。
IR2104引脚定义

  SD信号  为使能信号，SD 上面有个横杠，代表低电平，也就是说，当SD为低电平的时候，Logic input for shutdown(输入被禁止)。因此SD为高电平时，芯片才可以正常工作。
IN为高电平时HO为高电压(VS+ VB)，LO为低(接近于0)；IN为低电平时，HO为低，LO为高电平。我们的PWM信号就是在这里输入，输入信号为5V（这个要注意，单片机的输出电平最高为3.3V，因此采用74HC7408D做了电平转换）
输入逻辑高和低：

Vb是高侧浮动电源输入脚，HO是高侧门极驱动输出，Vs是高侧浮动电源回流。这三个控制上半桥的MOS导通。
Vcc是电源输入脚，LO是低侧门极驱动输出，COM是低侧回流（公共回路）。这三个控制下半桥的MOS导通。
自举电路
1.A状态为默认状态，此时开关A闭合，开关B断开，Q1导通，C1负极与地导通，电流从电源V1出发，通过S1，经过C1，经过Q1，再流回电源V1。达到稳态后，由于二极管的PN结0.7V压降，电容上端对地电压为5.3V，下端对地电压为0V。

2.当开关B闭合，开关A断开，Q1截止，电容下端电压相对于地来说是电源电压6V。由于电容两端电压不能突变，电容上端相对电容下端，电压为5.3V，因此电容上端相对于地的电压为5.3V + 6V =11.3V，与电压探针测得值基本一致。
实际的模型中，MOS管和二极管都不是理想元器件，因此都存在一定的漏电流，因此自举电路需要不断切换状态来对自举电容充放电，来保证电压被长时间抬起来，且自举电路的供电能力取决于自举电容的大小。对于我们的H桥驱动电路，只有不断切换开关状态，才能使得自举电容不断充电。
IR2104的典型电路及原理：      

当IN输入低电平时，HO输出低电平，LO输出高电平，Q1断开，Q2导通，通过+12V ->D1->C1->Q2->GND 对电容C14充电至接近电源电压，也就是12V，当IN输入高电平，HO输出高电平，VS输出低电平，关键就在于HO输出的高电平电压是多大，一开始默认输出高电压就是电源电压12V，但是VB和HO内部是连在一起的。上一次对电容充电完毕之后，电容两端电压不能突变，电容两端电压为12V，Q1导通后，VS电压被抬升至右侧驱动端的电压，因此VB和电容下端总有一个12V左右的电压，正式因为这12V的压差，才得以使得上管Q1持续导通，如果没有这个自举二极管，我们用的是NMOS，GS之间需要有一个正的阈值电压才能导通，HO输出12V，VS也是12V，压差接近于0，因此NMOS就不能够导通。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D1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。
栅极电阻：因为MOS管是压控性器件，需要的电流很小，但是MOS管是由寄生电容的，在NMOS管的GS级之间，也就是栅源之间有一个寄生电容，善缘电容，如果不加电阻的话，可能会导致电流很大，其实对于MOS管的栅极电压控制，也就是控制对栅极电容的充电过程，栅极电阻不能太大20-100欧姆即可，太大了会影响栅源电容的充电时间，太小可能会引起电流震荡。其实可以在栅极和地之间加一个电阻，称为泻放电阻，使得栅极的电压能够迅速释放，使得MOS管能够加速关断。还有一个原因是因为MOS管的寄生电容，可能会导致上电瞬间对电容充电，充电瞬间电容瞬间对地短路，可能也会造成电路的损坏，加一个泻放电阻也起一个限流作用。
下面是IR2104驱动电路仿真图，我用的是Proteus进行的仿真，用multisim不知道哪个参数不对，导致自举电容没有电压叠加。
二极管是为了防止VB端的高电压对12V 电压进行倒灌，VB电压高于12V电源电压时，二极管截止。
波形我们选择的是方波，输入频率是22kz,输入高电平是5V高电平电压要大于IR2104的高电平阈值。

示波器一个格的幅值为5V。
黄色波形是PWM输入波形幅值，占了一个格，为5V；
蓝色VS两端电压，应该是12V到0V的方波，占了一个格多一点。
红色是VB端电压，他的电压是驱动电压+电容两端的电压，也就是24到0V之间跳变的方波，占两个格多一点。
绿色为LO输出电压波形，输出电压为12V到0V跳变的方波，占一个格多一点。

以上就是对IR2104驱动电路的总结，谢谢。
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作者：woai32lala
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