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. 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. 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. 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. 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. 5 通过并联 MOSFET 功率级实现大功率设计
  6. 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. 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. 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. 9 结论
  10. 10鸣谢

总体布局建议

图 8-2 考虑寄生效应的智能栅极驱动原理图示例

在制造 PCB 后,根据物理原理,需要向系统添加更多的电阻器、电感器和电容器。添加这些元件是寄生效应的结果 - 图 8-2 显示了一个示例。

布局的主要目标之一是最大限度地减少这些寄生效应,使它们实际上可以忽略不计。更大的电流和电压会使这些寄生效应的影响更加明显,从而使大功率设计变得困难。

因此,整个应用手册介绍的都是电机驱动器电路板布局的妥善做法。强烈建议通读整个文档。

但是,此处添加了额外的要点,以帮助了解 TI 提供的大功率栅极驱动器器件的背景信息:

  • 实际 PCBA 具有添加到系统中的寄生元件

    • 长布线会增加电容和电阻
    • 细布线也会增加电阻和电感
  • 具有 1oz 覆铜的 10mil/A 为布线宽度提供指引,但它也适用于过孔,特别是角环区域。布线和过孔越大或越宽,电感越小。

    • 因此,应使用至少 15mil 栅极电流拉电流和灌电流路径,20mil 效果更好
      注: 由于中间层内的热量,具有 1oz 覆铜的 10mil/A 无法提供指引作用,并需要更宽的布线
  • 为了获得更好的热性能和电流能力,建议在外层提供 VDC、电机相位和 GND 电源多边形,如果可能,在内层也重复这些多边形
  • 使同一条布线上的各段布线更细更小会增加阻抗失配
    • 使用泪滴或平面来消除失配问题
  • 由于存在寄生效应,电流越大就意味着电压尖峰越高
  • 除了元件之外,元件的占用空间也会增加寄生效应
  • 路径中的过孔会增加寄生效应,即电感
  • 必须了解返回路径:
    • 直流电流在 GND 平面上尽可能地扩散,而高频电流则被吸引到相应的高速布线下方。因此,除非需要转移电流使其不再流入电路板的某个区域,否则共用 GND 总是优于分离 GND。
  • 从寄生的角度来看,共用接地总是优于分离 GND。分离 GND 仅用于将高频电流和大量电流从敏感元件转移开。这意味着这些信号必须朝向或靠近这些元件进行传输以保证分离 GND。
    • 如果选择了分离 GND,则会知晓电感会添加到某些路径
  • 为帮助理解,您可以将自己想象为电流:从引脚或元件的源极到器件或外部连接器的 GND 引脚绘制环路。让该环路尽可能小。有时这意味着在平面中添加大量过孔、增加接地平面覆盖或重新排列元件。
  • 经验表明,100 和 300 GND 拼接过孔的价格差异在 PCB 制造中可以忽略不计。创建一个 GND 拼接过孔平面以连接外层和内层 GND。
    • 在自动化工具失效的地方手动放置 GND 拼接过孔
  • 典型栅极驱动器 IC 上最重要的信号和元件位置包含在下表中,按重要性降序排列:
  1. 稳压器及其相关电容器(如 VCP、VGLS 或低压稳压器 AVDD、DVDD 等)(最重要)
  2. 输入电源和基准电压的旁路电容器(如 VM、GND 和 CSAREF)
  3. 信号路径和电流/功率更大的路径(如 GHx、GLx 和 SHx)
  4. 频繁切换的数字信号,按频率排序(如 SPI 或 PWM 信号)
  5. 不经常切换的数字信号(如 ENABLE 或 nFAULT)(最不重要)