借助智能栅极驱动器在不影响效率的情况下对 EMI 进行调优

EMI 是电子系统中普遍存在的一个问题，会导致出现许多其他问题，包括数据损坏、器件故障和损坏。因此，在 EMI 和效率之间取得平衡至关重要，尤其是在电动助力转向 (EPS) 和制动系统等关键设备中。造成 EMI 的因素有很多，例如高速信号的切换、大电流的使用以及杂散电感和电容的存在。

EMI 的一个具体原因是振铃，在开关节点波形上可以明显观察到振铃，如图 2 所示。振铃是指电压或电流快速转换后出现的共振振荡，通常由电路中的寄生电容和电感引起。这些振荡会导致不必要的噪声和干扰，可能影响电子系统的性能和可靠性。减少这些影响的可行方法包括：优化元件放置、尽可能地减少 PCB 寄生、隔离高速布线以及正确接地。

图 1 通过 IDRIVE 调优来减少振铃

图 2 开关节点波形上的振铃

压摆率调优是一种用于控制 MOSFET 两端电压变化速率的技术，这种变化速率会影响开关节点振荡的严重程度。这可通过调节栅极驱动电流来实现，该电流决定了电荷注入 MOSFET 栅极的速率。智能栅极驱动器是德州仪器 (TI) 的一项技术，该技术提供了集成的压摆率调优以及其他可用于优化 MOSFET 开关的功能。使用压摆率调优进行优化后的设计效果如图 1 所示。

智能栅极驱动器通过集成多电平栅极电流以调节控制外部 MOSFET 开关的能力，简化了电机驱动器设计。利用可调栅极上拉或下拉电流，用户能够微调 MOSFET 导通或关断的速率，从而控制电机开关节点的压摆率。此过程无需使用外部串联栅极电阻器，可省去多达 24 个外部元件，同时允许尝试多种组合而无需返修硬件。这有助于简化设计流程，降低成本，并优化电机驱动器的开关损耗和 EMI 性能。

这种节省成本的架构如图 3 所示。DRV3233-Q1 是一款具有该特性的全新先进器件。DRV3233-Q1 提供 45 个不同的栅极电流电平，其中 36 个电平的范围为 0.5mA 至 250mA。较小的 MOSFET 需要更精细的电流控制来调整其压摆率，因此在较低的电流范围内设置更多的步长有助于快速高效地调整 MOSFET 开关，从而改善 EMI，而无需不断切换外部栅极电阻器。

图 3 智能栅极驱动架构

DRV3233-Q1 具有快速预放电特性，可在不影响调优后 EMI 性能的情况下更大限度地缩短死区时间。该器件还具有自动强下拉电流，以便在半桥互补侧导通时尽可能减少栅极电压耦合。这些特性可帮助工程师找到并实现系统在 EMI 和效率之间的平衡。DRV3233 的其他特性包括超小型封装选项（6mm x 4mm 32 引脚 QFN）、具有低输入温漂（整个温度范围内小于 0.1mV）的高精度 CSA、±2V 共模范围，以及宽工作电压范围，能够在 0 级（-40°C 至 150°C 环境温度）温度条件下支持 12V 和 24V 电池系统（工作电压为 4.5V 至 60V）。