IR2104 Half-Bridge MOSFET Treiber: Features, Betrieb & DIY-Anwendung

Viele Haushalts- und Industriegeräte nutzen Halbleiter-Leistungsschalter (MOSFET/IGBT) in H-Brücken- oder Half-Bridge-Topologien, um aus kleinen Steuersignalen große Ströme zu schalten. Der IR2104 (International Rectifier / Infineon) ist ein bewährter Half-Bridge-Gatetreiber für genau diese Aufgabe. Dieser Artikel erklärt Funktion, Pinout, Spezifikationen, Arduino-Ansteuerung und typische DIY-Anwendungen.

1. Was ist der IR2104?

Der IR2104 ist ein Half-Bridge-Gatetreiber (High-Side + Low-Side Driver). Er Pegeltwandelt Logiksignale (3,3 V / 5 V, CMOS/TTL-kompatibel) auf die für Power-MOSFETs/IGBTs nötigen Gate-Spannungen (10–20 V) und liefert die hohen Spitzenströme (Peak 2 A) zum schnellen Laden der Gate-Kapazitäten. Er fungiert als Level-Shifter und Leistungsverstärker für das Gate-Signal.

Ausgänge: High-Side (HO) referenziert auf Schaltknoten (VS), Low-Side (LO) referenziert auf GND (COM). Logikeingänge (HIN, LIN) arbeiten mit 3,3 V Logik, kompatibel zu LSTTL/CMOS. Latch-up-immune (HVC-Technologie), monolithische Bauweise.

2. Hauptmerkmale (Features)

• Ausgangsstrom: Mittelwert 10 A, Peak 20 A (kurzzeitig, zum Gate-Laden)
• VCC-Versorgung (Low-Side/Logik): 10–20 V (typ. 12–15 V)
• Bootstrap-Versorgung (High-Side, VB-VS): 10–20 V
• Logik-Eingangsspannung: 3,3 V – 15 V (CMOS/TTL)
• Gehäuse: 8-Pin PDIP / SOIC (SMD)
• Einzelner PWM-Eingang (HIN/LIN intern verknüpft mit Totzeit)
• Shutdown-Eingang (SD) – aktiv High, schaltet beide Ausgänge aus
• Schraubklemmen für Last & Lastversorgung (auf Evaluationsboards)
• Cross-Conduction Protection (Totzeit) intern fixiert (~520 ns) – verhindert Durchschalten

3. Pinout (8-Pin DIP/SOIC)

Hinweis: Der Bootstrap-Kondensator (typ. 0,1–1 µF, keramisch, niedrige ESR) wird extern zwischen VB (Pin 8 nicht vorhanden, VB ist separater Anschluss auf Board) und VS geschaltet. Im 8-Pin-Gehäuse ist VB nicht als Pin herausgeführt – auf Breakout-Boards separat verfügbar.

4. Ansteuerung mit Arduino (Praxis)

Der IR2104 benötigt ein PWM-Signal vom Mikrocontroller (z. B. Arduino Uno). Typische Beschaltung:

• Arduino D9 → HIN / LIN (gemeinsam für komplementäres Schalten mit Totzeit)
• Arduino D8 → SD (Shutdown, optional)
• PWM-Frequenz: 10–20 kHz (hörbares Pfeifen vermeiden, Schaltverluste begrenzen)
• Wichtig: PWM muss maximalen Duty Cycle erreichen, damit Bootstrap-Kondensator (Charge Pump) geladen bleibt (High-Side FET braucht VB > VS). 100 % Duty Cycle = High-Side dauerhaft an → Bootstrap entlädt sich → High-Side schaltet ab. Lösung: Max. Duty < 98–99 % oder dedizierter High-Side-Treiber mit interner Charge Pump (z. B. IR2110 mit separaten HIN/LIN).

Video-Tutorial: IR2104 Power Inverter Ansteuerung

5. Empfohlene Betriebsbedingungen (Recommended Operating Conditions)

• T_A (Umgebungstemperatur): –40 °C … +125 °C
• V_S (VCC Low-Side/Logik): 10 … 20 V
• V_B (High-Side absolut): V_S + 10 … V_S + 20 V
• V_HO (High-Side Output): V_S … V_B
• V_S Offset (Floating Offset): bis 600 V (gemäß Note 1 im Datenblatt)
• Logik-Eingang (HIN, LIN, SD): 0 … V_CC
• Low-Side Output (LO): 0 … V_CC

Typische DIY-Anwendungen

• DC-Motor-Treiber (H-Brücke aus 2× IR2104 oder 1× IR2104 + 1× Low-Side-Treiber)
• Induktionsheizung / Induktionsspulen-Treiber (ZVS, Half-Bridge Resonant)
• Wechselrichter (Inverter) 12/24 V → 230 V AC (modifizierte Sinus / SPWM)
• Schaltnetzteile (SMPS) Half-Bridge Topologie
• Class-D Audioverstärker (Half-Bridge Output Stage)

Fazit

Der IR2104 ist ein klassischer, robuster Half-Bridge-Treiber, der Mikrocontroller-Logik (3,3/5 V) in leistungsstarke Gate-Signale (10–20 V, 10–20 A Peak) für N-Kanal-MOSFETs/IGBTs umsetzt. Er integriert Totzeit (Cross-Conduction Protection), Shutdown und Bootstrap-Diode (intern). Für DIY-Projekte (Inverter, Motorsteuerung, Induktionsheizung) ideal – aber: Bootstrap-Limitation beachten (kein 100 % Duty Cycle High-Side). Professionelle Unterstützung bei Layout & Bauteilauswahl empfohlen. Kontaktieren Sie uns!