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

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)