IR2277S/IR2177S：交流電機(jī)控制的高性能電流傳感器IC

在交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，精確的電流測(cè)量至關(guān)重要。IR2277S/IR2177S（PbF）作為一款高電壓、高速的單相電流傳感器接口IC，為交流電機(jī)控制提供了出色的解決方案。本文將深入介紹這款I(lǐng)C的特點(diǎn)、參數(shù)、工作原理以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、產(chǎn)品特點(diǎn)

IR2277S/IR2177S具有眾多令人矚目的特點(diǎn)，使其在交流電機(jī)控制領(lǐng)域脫穎而出。

1. 高電壓浮動(dòng)通道：IR2177的浮動(dòng)通道可達(dá)600V，IR2277更是高達(dá)1200V，能適應(yīng)不同的高壓應(yīng)用場(chǎng)景。
2. 同步采樣測(cè)量系統(tǒng)：確保精確的電流測(cè)量，并且具備高PWM噪聲（紋波）抑制能力，有效減少干擾。
3. 數(shù)字PWM輸出：方便與數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）接口，實(shí)現(xiàn)高效的控制。
4. 快速過(guò)流檢測(cè)：能夠及時(shí)檢測(cè)到過(guò)流情況，為IGBT提供保護(hù)。
5. 低感應(yīng)延遲：感應(yīng)延遲小于7.5μsec（@20kHz），保證快速響應(yīng)。
6. 比例式模擬輸出：適合與DSP的A/D接口配合使用，輸出與測(cè)量電流成比例的模擬電壓。

二、產(chǎn)品參數(shù)

（一）產(chǎn)品概述

（二）絕對(duì)最大額定值

該IC規(guī)定了一系列絕對(duì)最大額定值，超出這些值可能會(huì)對(duì)器件造成損壞。例如，高側(cè)浮動(dòng)電源電壓（V B），IR2277的范圍是 - 0.3V至1225V，IR2177是 - 0.3V至625V。同時(shí)，還對(duì)其他參數(shù)如高側(cè)浮動(dòng)地電壓（V S）、輸入電壓（V in+ / V in-）等都有明確的限制。

（三）推薦工作條件

為了確保器件正常工作，需要在推薦的條件下使用。例如，高側(cè)浮動(dòng)電源電壓（V BS）應(yīng)在V S + 8.0V至V S + 20V之間，同步輸入頻率（f sync）根據(jù)不同的輸出（PO或OUT）有不同的范圍要求。

（四）靜態(tài)電氣特性

在特定的測(cè)試條件下（V CC、V BS = 15V，Temp = 27°C），該IC表現(xiàn)出一系列靜態(tài)電氣特性。如靜態(tài)V BS電源電流（I QBS）最大為2.2mA，靜態(tài)V CC電源電流（I QCC）最大為6mA等。

（五）交流電氣特性

交流電氣特性描述了IC在交流信號(hào)下的性能。例如，PO PWM頻率（f sync）范圍是4 - 20kHz，吞吐量（f out）與同步頻率相關(guān)，帶寬（BW）在同步頻率處 - 3dB等。

三、工作原理

（一）SYNC輸入

SYNC輸入用于同步整個(gè)器件，必須與三角PWM載波同步，以確保器件正常工作。SYNC引腳內(nèi)部下拉（10 kΩ至V SS）。

（二）PWM輸出（PO）

PWM輸出是一個(gè)開集電極輸出（低電平有效），需要通過(guò)外部電阻上拉到合適的電源。PO的占空比在10% - 30%之間變化，零輸入電壓對(duì)應(yīng)20%的占空比。同時(shí)，通道1和通道2可能存在偏移差異，需要分別進(jìn)行補(bǔ)償。

（三）過(guò)流輸出（OC）

OC輸出是一個(gè)開漏引腳（低電平有效）。當(dāng)|V in| > V OCth時(shí)檢測(cè)到過(guò)流，若過(guò)流事件持續(xù)時(shí)間超過(guò)tdoor，OC引腳將被拉低并保持鎖定，直到PO被外部強(qiáng)制拉低至少T OCoff。此外，還可以通過(guò)將OC引腳與PO引腳短路來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位功能。

（四）模擬輸出（OUT）

模擬輸出內(nèi)部緩沖，能夠驅(qū)動(dòng)最大50nF的電容負(fù)載。V RH和V RL設(shè)置OUT引腳的動(dòng)態(tài)范圍和增益。模擬輸出還具有一些動(dòng)態(tài)特性，如壓擺率（SL OUT）、建立時(shí)間（t settl）、測(cè)量延遲（MD）和階躍響應(yīng)（SR）等。

（五）DC傳輸函數(shù)

PWM輸出（PO引腳）的占空比與輸入信號(hào)成反比，而OUT引腳提供模擬轉(zhuǎn)換輸出。通過(guò)特定的公式可以計(jì)算出PO的占空比和OUT的輸出電壓。

（六）濾波交流特性

IR2177/2277的信號(hào)路徑由三個(gè)串聯(lián)階段組成，前兩個(gè)階段進(jìn)行濾波。輸入濾波器是一個(gè)自適應(yīng)復(fù)位積分器，能夠自動(dòng)提取PWM頻率并在偶次諧波處設(shè)置傳輸零點(diǎn)，有效抑制PWM噪聲。同時(shí)，通過(guò)特定的方法可以實(shí)現(xiàn)奇次諧波的消除。

（七）輸入濾波器增益設(shè)置

G0和G1引腳用于改變高側(cè)輸入濾波器積分器的時(shí)間常數(shù)。根據(jù)SYNC頻率，需要正確連接G0和G1引腳，以避免輸入濾波器內(nèi)部飽和。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）自舉電源

自舉電源為IR2277S/IR2177S的高側(cè)驅(qū)動(dòng)電路提供電源，通過(guò)二極管和電容連接實(shí)現(xiàn)。在選擇自舉電容時(shí)，需要考慮多種因素，如浮動(dòng)部分的靜態(tài)電流、泄漏電流等。同時(shí)，還需要注意電壓紋波、自舉電阻、自舉電容和自舉二極管的選擇。

（二）PCB布局

在PCB布局時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

1. 盡量增大浮動(dòng)電壓引腳和低電壓引腳之間的距離，將與浮動(dòng)電壓相關(guān)的組件放置在器件的高壓部分。
2. 避免在高電壓浮動(dòng)側(cè)下方或附近放置接地平面，以減少噪聲耦合。
3. 減少電流環(huán)路，采用Kelvin連接方式連接V in+和V in到分流路徑，并將V S與V in在分流電阻附近進(jìn)行星型連接。
4. 將電源電容盡可能靠近器件引腳放置，以減少寄生電感和電阻。

五、總結(jié)

IR2277S/IR2177S是一款功能強(qiáng)大的交流電機(jī)控制電流傳感器IC，具有高電壓浮動(dòng)通道、同步采樣測(cè)量系統(tǒng)、快速過(guò)流檢測(cè)等諸多優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，需要充分考慮其參數(shù)和工作原理，合理進(jìn)行自舉電源設(shè)計(jì)和PCB布局，以確保其性能的充分發(fā)揮。各位工程師在實(shí)際應(yīng)用中，是否遇到過(guò)類似IC的使用問(wèn)題呢？歡迎分享交流。