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德州儀器TCA9509 40V 電源塊的電氣性能分析

發布人:北京123 時間:2025-11-19 來源:工程師 發布文章

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CSD88584Q5DC 功率模塊具備超過 1 kV/μs 的電壓變化率(dV/dt)開關能力。因此,在 PCB 布局設計和輸入電容、高電流高 di/dt 開關路徑、電流檢測電阻以及 GND 回地平面的布置上必須特別小心。與所有硬開關模式下的高功率逆變器一樣,開關節點 U、V、W 上會出現電壓振鈴(ringing)。開關節點振鈴主要出現在高邊 FET(HS FET)開通換流期間,且繞組電流方向為正時。

U、V、W 三相連接到 BLDC 電機的部分通常可以排除在振鈴行為之外,因為它們承受的是高峰值電流,但 di/dt 變化率較低。然而,緊湊的 PCB 設計、短且低寄生電感的回路對于降低振鈴并滿足 EMI 規范至關重要。

為了三相逆變器的安全可靠運行,必須準確監測電機相電流并將其報告給系統微控制器。每個電機相繞組 U、V、W 都需要連接一個電流傳感器。這種電流檢測方法最佳,因為它在寬占空比、電機轉矩和繞組電流范圍內都能提供良好的精度。推薦使用電流傳感器,因為它對 Vin 和 GND 連接的干擾較小。

在成本敏感的應用中,電流傳感器通常被電流檢測電阻所替代。對于使用 60 V 三相智能柵極驅動器 DRV8320SRHBR 的設計,電流檢測電阻 Rcs 可放置在所有三個 CSD88584Q5DC 功率模塊的公共源極與 PGND 之間,并通過外部電流檢測放大器進行測量,如圖所示。

Rcs2 和 Rcs3 可分別放置在每個 CSD88584Q5DC 的源極與 GND 之間,并通過 DRV8323 內部的電流檢測放大器進行測量。三相驅動器 IC 應盡可能靠近功率模塊的柵極引腳 GL 和 GH 放置。

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在功率模塊源極與 GND 之間引入 Rcs 電流檢測電阻會打斷高電流路徑,從而引入 PCB 寄生電感。如果開關節點波形出現達到不良水平的峰值振鈴,可通過以下振鈴抑制元件來降低振鈴:

使用高邊柵極電阻:與 GH 引腳串聯一個高邊柵極電阻是降低峰值振鈴的有效方法。推薦的高邊 FET 柵極電阻值在 4.7 Ω 至 10 Ω 之間,具體取決于所使用的驅動器 IC 輸出特性與功率模塊的配合。

低邊 FET 柵極引腳 GL 應直接連接至驅動器 IC 輸出,以避免寄生 cdV/dt 導通效應。

使用低電感 MLCC 電容:可在每個功率模塊的 VIN 與源極 PGND 之間放置低電感 MLCC 電容 C4、C5、C6。推薦使用以下型號:

10 nF,100 V,±10%,X7S,0402 封裝,料號:C1005X7S2A103K050BB

RC 吸收電路(Snubber):可在每個開關節點 U、V、W 與 GND 之間加入 RC 吸收電路以抑制振鈴。推薦元件參數如下:

吸收電阻 Rs1、Rs2、Rs3:2.21 Ω,1%,0.125 W,0805 封裝,料號:CRCW08052R21FKEA

吸收電容 Cs1、Cs2、Cs3:MLCC 4.7 nF,100 V,X7S,0402 封裝,料號:C1005X7S2A472M050BB

在三相逆變器開關頻率為 20 kHz 時,每個通道的 RC 吸收電阻功耗為 80 mW,因此采用 0805 封裝的電阻 Rs1、Rs2、Rs3 是足夠的。


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