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TI:整合型半桥整合器布局复杂 但能简化线路
 

【CTIMES/SmartAuto 吳雅婷 报导】   2020年12月15日 星期二

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随着印刷电路板(PCB)的发展不断被限缩,设计工程师越是尝试挑战设计的极限,整合型多通道半桥闸极驱动器也就越受欢迎。PCB的电量与特殊需求功能逐渐增加,体积却越来越小,在设计基本型无刷闸极驱动器时,到底该坚持使用传统的离散型半桥整合器,还是使用较有整合性的三段式设计,如DRV8320,就成了开发人员的大哉问。

德州仪器Adam Sidelsky说明,整合型有一个比较近的半桥闸极驱动器[阶段B]和两个比较远的[阶段A和C],离散型则是一样的布局复制三次,因此整合型的设计清单上各叁数有最小值与最大值,离散型只有一个值。
德州仪器Adam Sidelsky说明,整合型有一个比较近的半桥闸极驱动器[阶段B]和两个比较远的[阶段A和C],离散型则是一样的布局复制三次,因此整合型的设计清单上各叁数有最小值与最大值,离散型只有一个值。

德州仪器Adam Sidelsky观察选择无刷DC马达IC时会左右决策的关键数据,并分析了不同决策的优劣。

结果发现,离散型半桥式可以透过复制半个桥整合器的布局,去支援到一、三或六桥整合器,而每个半桥都有各自的IC和外部元件,所以布局较简洁;此外,半桥整合器使用专用马达IC,这也让闸极驱动器和MOSFET间的走线较短,减少PCB上的寄生元件。

整合型半桥设计则具备高整合性、增加防护、系统简单的特点。由於FET闸极驱动器的支援元件和电力供给元件整合在一个闸极驱动器里,因此可以减少物料清单(BOM)和元件组合的成本,如系列闸极电阻、闸极散热道二极体、闸源电压(VGS)钳位二极体、闸极被动式下拉电阻及供电元件。此外,漏源电压(VDS)和闸源电压监控器以及电流分流放大器,还能无缝保护了外部的FET、PCB及马达,无须任何外部元件。整体系统就是一个整合的电路控制所有的马达功能,包含合并在一起的故障回报及单点马达开关,十分简洁。

但是,所有系统都有其优缺。Adam Sidelsky指出,离散型半桥式设计的外部元件数较高,因为外部电力供给所需要的外部元件,且系统保护及FET控制也增加了布局的复杂度及电路板的空间。在防护方面,简单的分散型半桥闸极驱动器是相对受限或缺乏的,因此需要从外部加强这些特性,但这会增加系统复杂度,在布局和电路图上也需多下功夫。

整合型半桥设计在布局方面也是复杂的。一个驱动器代表需要从同一个点拉线到六个FET,这可能造成线路较长,且增加PCB上的寄生效应。

Adam Sidelsky解释,通常PCB布局的寄生性质差异主要在於使用整合性与分离散性闸极驱动器来进行主要设计。传统的智慧认为整合型的布局需要较长的闸极和电源线路,造成其寄生效益较离散性的方式严重。

透过模型和模拟软体,Adam Sidelsky比较了不同的布局,来进一步分析寄生电感及电阻,真正了解两个设计的差异。结果令人意外。

Adam Sidelsky表示,在寄生电感和阻抗上,整合型和离散型半桥闸极驱动器仅有非常微小的差距。整合型半桥闸极驱动器在寄生性元件的数值上并没有呈现显着的增加。必要的防护、较少的BOM及较小的解决方案体积,这些优势仍然存在。

他进一步总结,若是想缩小离散型设计所占的体积,整合型闸极驱动器,如DRV8320,是很好的候选方案,且定能帮助简化无刷直流马达驱动的线路。

關鍵字: 闸极驱动器  TI 
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