ZHCUC64B August   2024  – May 2025 DRV8162 , INA241A , ISOM8710

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   资源
  4.   特性
  5.   应用
  6.   6
  7. 1系统说明
    1. 1.1 参考设计概述
    2. 1.2 主要系统规格
  8. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
      1. 2.2.1 硬件设计
        1. 2.2.1.1 功率级栅极驱动器
          1. 2.2.1.1.1 栅极驱动器
          2. 2.2.1.1.2 保护特性
          3. 2.2.1.1.3 VGVDD 定义
          4. 2.2.1.1.4 配置 (Strap) 功能
        2. 2.2.1.2 功率级 FET
          1. 2.2.1.2.1 VGS 与 RDS(ON) 间的关系
        3. 2.2.1.3 相电流和电压检测
          1. 2.2.1.3.1 A 相和 B 相电流检测
          2. 2.2.1.3.2 C 相电流检测
          3. 2.2.1.3.3 电压感测
        4. 2.2.1.4 主机处理器接口
        5. 2.2.1.5 栅极驱动器关断路径
        6. 2.2.1.6 系统诊断测量
          1. 2.2.1.6.1 温度测量
        7. 2.2.1.7 系统电源
          1. 2.2.1.7.1 12V 电源轨
          2. 2.2.1.7.2 3.3V 电源轨
      2. 2.2.2 软件设计
    3. 2.3 重点产品
      1. 2.3.1 DRV8162L
      2. 2.3.2 INA241A
      3. 2.3.3 AMC0106M05
      4. 2.3.4 TPSM861253
      5. 2.3.5 LMR38010
      6. 2.3.6 TMP6131
      7. 2.3.7 ISOM8710
  9. 3硬件、软件测试要求和测试结果
    1. 3.1 硬件要求
      1. 3.1.1 PCB 概述
      2. 3.1.2 硬件配置
        1. 3.1.2.1 先决条件
        2. 3.1.2.2 默认电阻器和跳线配置
        3. 3.1.2.3 连接器
          1. 3.1.2.3.1 主机处理器接口
    2. 3.2 测试设置
    3. 3.3 测试结果
      1. 3.3.1 电源管理
        1. 3.3.1.1 上电
        2. 3.3.1.2 断电
      2. 3.3.2 栅极电压和相电压
        1. 3.3.2.1 20VDC
        2. 3.3.2.2 48VDC
        3. 3.3.2.3 60VDC
      3. 3.3.3 数字 PWM 和栅极电压
      4. 3.3.4 相电流测量
      5. 3.3.5 系统测试结果
        1. 3.3.5.1 热分析
  10. 4设计和文档支持
    1. 4.1 设计文件
      1. 4.1.1 原理图
      2. 4.1.2 BOM
    2. 4.2 工具与软件
    3. 4.3 文档支持
    4. 4.4 支持资源
    5. 4.5 商标
  11. 5关于作者
  12. 6修订历史记录

1 系统说明

许多适用于直流馈电电机驱动器的低压三相逆变器都由 24V 至 60V 直流电源轨供电。在机器人系统中，电机通常具有不同的额定功率，典型值为 200W、400W、750W、1.5kW 和 2.5kW，甚至偶尔会更高，具体取决于要实现的功能。这些电机对电机驱动器的额定电流有不同的要求。

此设计支持 1.5kW 至 4kW 的电机，采用 48V 直流输入。额定输出电流可以是 32ARMS 至 85ARMS；在某些情况下甚至可以达到 100ARMS 左右。

在设计这种功率级时，高效率是关键目标。凭借高效率，可实现小 PCB 尺寸，并且在功率级只能使用外壳作为散热器的集成电机驱动系统中，驱动器可以安装在系统的外壳内。

为了在此设计中实现较小的 PCB 尺寸，智能栅极驱动器 DRV8162L 在防止功率级击穿、过流和短路故障的集成保护功能方面提供了很大帮助。为防止发生击穿，可以启用 VGS 握手及死区时间插入功能。

为了优化系统效率和 EMI 性能，DRV8162L 添加了无需添加任何外部电路即可对输出拉电流和灌电流进行编程的功能。

为了使驱动器能够以超高效率控制电机，A 相和 B 相采用了具有高共模抑制、零漂移特性的电流检测放大器 INA241A 进行基于同相分流器的电流检测。由于放大器具有高增益，因此使用 0.2mΩ 分流器来支持 ±165A 的线性检测范围。选择低电阻分流器也有助于提高系统效率。在 C 相，使用功能隔离式 Δ-Σ 调制器 AMC0106M05 与 0.3mΩ 分流电阻器来检测电流。通过在 MCU 中使用数字 SINC 三抽取滤波器，线性电流测量范围达到 ±167A。

其他反馈包括直流总线电压以及经过脉宽调制 (PWM) 滤波的三相电压，支持对 InstaSPIN-FOC™ 电机等高级无传感器控制进行验证。

在机器人和工厂自动化应用中，确保系统能够安全停止电机并防止任何意外启动是至关重要的要求。为了满足这些系统级要求并实现所谓的安全转矩关闭 (STO) 功能，此参考设计为栅极驱动器提供了各种关断路径组合，以防止电机意外启动。