ZHCAB45 June   2021 DRV3255-Q1 , DRV8300 , DRV8301 , DRV8302 , DRV8303 , DRV8304 , DRV8305 , DRV8305-Q1 , DRV8306 , DRV8307 , DRV8308 , DRV8320 , DRV8320R , DRV8323 , DRV8323R , DRV8340-Q1 , DRV8343-Q1 , DRV8350 , DRV8350F , DRV8350R , DRV8353 , DRV8353F , DRV8353R

 

  1. 大功率电机应用简介
    1. 1.1 设计不当的大功率电机驱动系统的影响
    2. 1.2 大功率设计流程的示例
  2. 简要研究大功率电机驱动系统
    1. 2.1 电机驱动功率级剖析及故障排除方法
    2. 2.2 大功率系统故障排除
  3. 通过 MOSFET 和 MOSFET 栅极电流实现大功率设计 (IDRIVE)
    1. 3.1 MOSFET 栅极电流
      1. 3.1.1 栅极电流为何会导致损坏
      2. 3.1.2 栅极电阻器和智能栅极驱动技术
        1. 3.1.2.1 栅极电阻器
        2. 3.1.2.2 智能栅极驱动和内部控制的栅极灌电流和拉电流
        3. 3.1.2.3 栅极电阻器和智能栅极驱动技术摘要
      3. 3.1.3 给定 FET 的栅极电流计算示例
  4. 通过外部元件实现大功率设计
    1. 4.1 大容量和去耦电容器
      1. 4.1.1 额定电容器电压说明
    2. 4.2 RC 缓冲器电路
    3. 4.3 高侧漏极到低侧源极电容器
    4. 4.4 栅极至 GND 二极管
  5. 通过并联 MOSFET 功率级实现大功率设计
  6. 通过保护实现大功率设计
    1. 6.1 VDS 和 VGS 监控
      1. 6.1.1 在过流、击穿或 FET 短路事件期间关闭 FET
    2. 6.2 无源栅极至源极下拉电阻
    3. 6.3 电源反极性或电源截断保护
  7. 通过电机控制方法实现大功率设计
    1. 7.1 制动与惯性滑行
      1. 7.1.1 基于算法的解决方案
      2. 7.1.2 外部电路解决方案
      3. 7.1.3 制动与惯性滑行摘要
  8. 通过布局实现大功率设计
    1. 8.1 什么是开尔文连接?
    2. 8.2 总体布局建议
  9. 结论
  10. 10鸣谢

VDS 和 VGS 监控

图 6-1 VDS 和 VGS 监视器的实现示例

顾名思义,VDS 和 VGS 监控的根本目的是监控 FET 栅极、源极和漏极的电压。

在击穿示例中,一个相位内的高侧 FET 或逆变器桥臂被打开。一段时间后,输入信号发生变化,使高侧 FET 关闭,然后在同一相位内开启低侧 FET。如果高侧 FET 和低侧 FET 同时开启,会导致电机被绕过并且电流会同时流经高侧和低侧 FET 明显更低的电阻路径。

发生击穿问题的原因在于接地的电阻路径非常低。例如,与电源通过 FET 的几毫欧电阻对地短路时的电阻相比,从 48V 电源到电机电阻(数百毫欧和 1 欧姆之间)的电阻路径的电阻要高得多。过量电流会超过 FET 的电流额定值,导致大量电感尖峰,从而超出器件的绝对最大额定值,还会导致 PCB 温度急剧升高,进而导致 PCB 永久损坏。

如果监控栅极和源极电压 (VGS) 之间的差异,我们就可以了解 FET 是否导通和传导电流。如果监测漏极和源极电压之间的差异,我们就可以了解电流是否通过 FET 传导。因此,我们可以监控这两个电压并就何时开启和关闭 FET 做出明智的决定,并防止驱动器在同一相位同时开启两个 FET。简而言之,VGS 监视器会确定栅极是否开启,而 VDS 监视器会确定栅极开启时是否存在电流。

典型的实现方式是使用比较器来监控这些电压。一些集成式器件的击穿保护功能是通过以下方法实现的:在关闭一个 FET 和开启另一个 FET 之间插入一个延时时间,或不允许输入信号同时开启高侧和低侧。但是,某些器件未在器件内集成 VGS 或 VDS 监视器,因此在发生击穿事件时不会覆盖输入。最好查看栅极驱动器的数据表以获取更多信息。

对于 TI 技术,智能栅极驱动依赖于 VGS 和 VDS 监视器的状态来确定是允许还是阻止栅极开启。相关详细信息,请参阅了解智能栅极驱动 应用手册。

总结:

  • 监控 VGS 确定 FET 是否开启
  • 监控 VDS 会确定栅极导通时电流是否流过 FET
  • 将 VGS 和 VDS 比较器输出纳入换向逻辑中,该逻辑会覆盖输入,在出现大电流或功率级受损(例如击穿)时保护系统