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TI:整合型半橋閘極驅動器佈局複雜 但能簡化馬達驅動線路
 

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

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隨著印刷電路板(PCB)的發展不斷被限縮,設計工程師越是嘗試挑戰設計的極限,整合型多通道半橋閘極驅動器也就越受歡迎。PCB的電量與特殊需求功能逐漸增加,體積卻越來越小,在設計基本型無刷閘極驅動器時,到底該堅持使用傳統的離散型半橋整合器,還是使用較有整合性的三段式設計,如DRV8320,就成了開發人員的大哉問。

德州儀器Adam Sidelsky說明,整合型有一個比較近的半橋閘極驅動器[階段B]和兩個比較遠的[階段A和C],離散型則是一樣的佈局複製三次,因此整合型的設計清單上各參數有最小值與最大值,離散型只有一個值。
德州儀器Adam Sidelsky說明,整合型有一個比較近的半橋閘極驅動器[階段B]和兩個比較遠的[階段A和C],離散型則是一樣的佈局複製三次,因此整合型的設計清單上各參數有最小值與最大值,離散型只有一個值。

德州儀器Adam Sidelsky觀察選擇無刷DC馬達IC時會左右決策的關鍵數據,並分析了不同決策的優劣。

結果發現,離散型半橋式可以透過複製半個橋整合器的佈局,去支援到一、三或六橋整合器,而每個半橋都有各自的IC和外部元件,所以佈局較簡潔;此外,半橋整合器使用專用馬達IC,這也讓閘極驅動器和MOSFET間的走線較短,減少PCB上的寄生元件。

整合型半橋設計則具備高整合性、增加防護、系統簡單的特點。由於FET閘極驅動器的支援元件和電力供給元件整合在一個閘極驅動器裡,因此可以減少物料清單(BOM)和元件組合的成本,如系列閘極電阻、閘極散熱道二極體、閘源電壓(VGS)鉗位二極體、閘極被動式下拉電阻及供電元件。此外,漏源電壓(VDS)和閘源電壓監控器以及電流分流放大器,還能無縫保護了外部的FET、PCB及馬達,無須任何外部元件。整體系統就是一個整合的電路控制所有的馬達功能,包含合併在一起的故障回報及單點馬達開關,十分簡潔。

但是,所有系統都有其優缺。Adam Sidelsky指出,離散型半橋式設計的外部元件數較高,因為外部電力供給所需要的外部元件,且系統保護及FET控制也增加了佈局的複雜度及電路板的空間。在防護方面,簡單的分散型半橋閘極驅動器是相對受限或缺乏的,因此需要從外部加強這些特性,但這會增加系統複雜度,在佈局和電路圖上也需多下功夫。

整合型半橋設計在佈局方面也是複雜的。一個驅動器代表需要從同一個點拉線到六個FET,這可能造成線路較長,且增加PCB上的寄生效應。

Adam Sidelsky解釋,通常PCB佈局的寄生性質差異主要在於使用整合性與分離散性閘極驅動器來進行主要設計。傳統的智慧認為整合型的佈局需要較長的閘極和電源線路,造成其寄生效益較離散性的方式嚴重。

透過模型和模擬軟體,Adam Sidelsky比較了不同的佈局,來進一步分析寄生電感及電阻,真正了解兩個設計的差異。結果令人意外。

Adam Sidelsky表示,在寄生電感和阻抗上,整合型和離散型半橋閘極驅動器僅有非常微小的差距。整合型半橋閘極驅動器在寄生性元件的數值上並沒有呈現顯著的增加。必要的防護、較少的BOM及較小的解決方案體積,這些優勢仍然存在。

他進一步總結,若是想縮小離散型設計所佔的體積,整合型閘極驅動器,如DRV8320,是很好的候選方案,且定能幫助簡化無刷直流馬達驅動的線路。

關鍵字: 閘極驅動器  TI(德州儀器, 德儀
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