如何计算驱动芯片的最大工作频率？

以IR公司（现Infineon公司）的经典半桥H桥驱动芯片IR2104S为例。

单个半桥驱动电路如图所示

MOTOR2驱动与上图相同。电机两端接在MOTOR1和MOTOR2之间。

两个半桥电路组成了一个全桥电路，能够实现电机的正反转。

首先看2104S的最小工作周期

当输入的PWM信号从低电平上升至高电平时（暂且不考虑PWM信号的上升时间，如果要计算，可以看到只需要计算50%的信号上升时间），然后需要经过开通延时t_on，之后输出端HO开始上升，HO输出的上升时间又需要t_r，最后才能达到信号输入到驱动芯片输出的转换。可以计算上升总时间为t_on+t_r。

同样的，可以计算出下降总时间为t_off+t_f。但这两者相加并不是驱动芯片的最小工作周期，注意到死区时间Dead Time的限制，从输出信号达到稳定值到下一次改变输出信号还有一段DT，而每一个工作周期需要经历一次上升和下降总共两次DT。

因此我们初步可以计算2104的理论最小工作周期是t_on+t_r+DT+t_off+t_f+DT

但这毕竟只是理论时间，实际还需要考虑到驱动负载MOS管的开通时间。

我们以IR公司的IRLR7843信号的NMOS管为例。

只考虑NMOS的开通和关闭时间的话，我们可以这么计算：

NMOS的开通可以粗略的计算为栅极电压的上升时间，即给栅极的寄生电容充电的时间。这个寄生电容包括了栅极与源极的电容和栅极与漏极的电容。在数据手册里以Q_g表示。

而MOS的开通时间为t_d(on)+t_r，关闭时间为t_d(off)+t_f，那么在不考虑2104的驱动能力的前提下，我们只需要比较MOS管的开通时间t_d(on)+t_r和2104的上升时间与死区时间的和t_r+DT，取两者的最大值。对于关闭的时间也是同样。

当PWM占空比为0%时，总的工作周期可以表示为t_on+MAX((t_r+DT)_ir2104S, (t_d(on)+t_r)_irlr7843) +t_off+ MAX((t_f+DT)_ir2104S, (t_d(off)+t_f)_irlr7843)

 

这样看起来MOS管的开通时间似乎相较于2104的上升时间可以忽略。

但是2104有驱动能力的限制，表现在

首先解释一下I_O+和I_O-的含义，I_O+即我们所说的拉电流Sourcing Current，电流方向为IO端口向外负载的电流。比如一个IO通过一个电阻和一个LED连至GND，这个电流大小表示当该IO输出为逻辑1时能不能点亮LED。而I_O-为我们所说的灌电流Sink Current，电流方向为负载向IO端口内的电流。比如一个IO通过一个电阻和一个LED连接至VCC，这个电流大小表示当该IO输出为逻辑0时能不能点亮LED。

因此这两个电流大小即可以衡量电路输出驱动能力。对于MOS管的开通，总共需要对栅极充电Q_g的电荷量，而7843的最小上升时间t_r为42ns，可以计算出需要达到这个上升时间所需要的最小电流为Q_g/t_r=1.2A，已经不是静态MOS管栅极的nA数量级的电流了。但是2104驱动芯片所能够输出的拉电流I_O+最大仅为210mA，也就是说MOS管的最小上升时间应该被修正为t_r-real=Q_g/I_O+=50nC/130mA=385ns（以最坏的情况考虑，2104仅能输出130mA的拉电流）

最后MOS管的上升时间为t_d(on)+t_r-real=410ns，已经比2104的上升时间大了一倍多。

但由于2104的死区时间较大，这个值尚未超过2104的极限。

对下降时间做同样计算。

最后可以得出结论为

驱动电路的最小周期为t_on+MAX((t_r+DT)_ir2104S, (t_d(on)+t_r-real)_irlr7843) + t_off+MAX((t_f+DT)_ir2104S, (t_d(off)+t_f-real)_irlr7843)=2600ns

最大频率约为385kHz。