適用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的RC緩沖器設(shè)計(jì)
發(fā)布日期:2023-09-14
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適當(dāng)?shù)?RC 緩沖器設(shè)計(jì)
當(dāng)通過外部功率 MOSFET 切換高電流以對(duì) BLDC 電機(jī)進(jìn)行換向時(shí)，可能會(huì)發(fā)生振鈴，從而導(dǎo)致電磁干擾 (EMI)、電路抖動(dòng)、過度功率耗散和元件過應(yīng)力等問題。這通常是由印刷電路板 (PCB) 中的寄生電感和電容，特別是高側(cè)和低側(cè) MOSFET 之間的高載流相位網(wǎng)中的電感和電容導(dǎo)致的。電感器和電容器構(gòu)成電感器-電容器 (L-C) 振蕩電路，從而在發(fā)生開關(guān)事件期間產(chǎn)生諧振。
圖 1 – 由于 L-C 諧振而在電機(jī)相位輸出端產(chǎn)生振鈴
為了緩解相位輸出端中的振鈴，可以使用簡(jiǎn)單的電阻器-電容器 (R-C) 緩沖器電路來(lái)“緩沖”或抑制振蕩。通過消除振蕩，可以降低電壓過應(yīng)力，從而降低潛在的 EMI 并延長(zhǎng) MOSFET 的壽命。R-C 緩沖器盡可能靠近每個(gè) MOSFET 的漏極和源極接頭平行放置。
圖 2 – RC 緩沖器
為了計(jì)算 R-C 緩沖電路的電阻器 (Rsnub) 和電容器 (Csnub) 值，我們將通過一個(gè)包含 7 個(gè)步驟的程序來(lái)改變 MOSFET 振鈴的諧振頻率以計(jì)算電路的寄生電容 (C0) 和電感 (L)。獲取這些值之后，可以使用這些值來(lái)推導(dǎo) R-C 緩沖器的值。顯示的示例使用 DRV8343-Q1 EVM 的 CSD18540Q5B MOSFET (Qgd = 6.8nC) 旁邊的 RC 緩沖器。
圖 3 – 測(cè)量在未采用 RC 緩沖器的情況下 VDS 振鈴的 fo
圖 4 – 測(cè)量 C0 = 100pF 時(shí) VDS 的 f1
5 – 使用計(jì)算得出的 RC 緩沖器值來(lái)抑制 MOSFET 振鈴
圖 5 顯示了計(jì)算得出的 R-C 緩沖器值的峰值降低和抑制效果。您可以通過改變 Csnub 值來(lái)調(diào)高或調(diào)低振鈴。Csnub 的值越大，降低電壓尖峰振幅的能力就越強(qiáng)，但 Rsnub 中的功率損耗也越大。
或者，您可以通過減小 Csnub 來(lái)降低 Rsnub 中的功率耗散，但振鈴將增大。您必須在可接受的電壓振鈴振幅和 Rsnub 損耗之間進(jìn)行權(quán)衡。
如果在緩沖掉振鈴效應(yīng)后 VDS 開關(guān)事件中出現(xiàn)正或負(fù)電壓瞬態(tài)，您可以降低進(jìn)入 MOSFET 柵極的拉電流或來(lái)自 MOSFET 柵極的灌電流。這將增加 MOSFET 開關(guān)的上升和下降時(shí)間，并減小最大瞬態(tài)峰值。當(dāng)關(guān)閉 MOSFET 時(shí)，務(wù)必監(jiān)控負(fù)電壓瞬變，使其不超過柵極驅(qū)動(dòng)器器件的任何最大負(fù)瞬態(tài)規(guī)格。
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