适用于电机驱动器的RC缓冲器设计
发布日期:2023-09-14
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适当的 RC 缓冲器设计
当通过外部功率 MOSFET 切换高电流以对 BLDC 电机进行换向时，可能会发生振铃，从而导致电磁干扰 (EMI)、电路抖动、过度功率耗散和元件过应力等问题。这通常是由印刷电路板 (PCB) 中的寄生电感和电容，特别是高侧和低侧 MOSFET 之间的高载流相位网中的电感和电容导致的。电感器和电容器构成电感器-电容器 (L-C) 振荡电路，从而在发生开关事件期间产生谐振。
图 1 – 由于 L-C 谐振而在电机相位输出端产生振铃
为了缓解相位输出端中的振铃，可以使用简单的电阻器-电容器 (R-C) 缓冲器电路来“缓冲”或抑制振荡。通过消除振荡，可以降低电压过应力，从而降低潜在的 EMI 并延长 MOSFET 的寿命。R-C 缓冲器尽可能靠近每个 MOSFET 的漏极和源极接头平行放置。
图 2 – RC 缓冲器
为了计算 R-C 缓冲电路的电阻器 (Rsnub) 和电容器 (Csnub) 值，我们将通过一个包含 7 个步骤的程序来改变 MOSFET 振铃的谐振频率以计算电路的寄生电容 (C0) 和电感 (L)。获取这些值之后，可以使用这些值来推导 R-C 缓冲器的值。显示的示例使用 DRV8343-Q1 EVM 的 CSD18540Q5B MOSFET (Qgd = 6.8nC) 旁边的 RC 缓冲器。
图 3 – 测量在未采用 RC 缓冲器的情况下 VDS 振铃的 fo
图 4 – 测量 C0 = 100pF 时 VDS 的 f1
5 – 使用计算得出的 RC 缓冲器值来抑制 MOSFET 振铃
图 5 显示了计算得出的 R-C 缓冲器值的峰值降低和抑制效果。您可以通过改变 Csnub 值来调高或调低振铃。Csnub 的值越大，降低电压尖峰振幅的能力就越强，但 Rsnub 中的功率损耗也越大。
或者，您可以通过减小 Csnub 来降低 Rsnub 中的功率耗散，但振铃将增大。您必须在可接受的电压振铃振幅和 Rsnub 损耗之间进行权衡。
如果在缓冲掉振铃效应后 VDS 开关事件中出现正或负电压瞬态，您可以降低进入 MOSFET 栅极的拉电流或来自 MOSFET 栅极的灌电流。这将增加 MOSFET 开关的上升和下降时间，并减小最大瞬态峰值。当关闭 MOSFET 时，务必监控负电压瞬变，使其不超过栅极驱动器器件的任何最大负瞬态规格。
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