电机驱动器RC 缓冲器设计

1.前言

最近做了一个电机控制项目 我发现当通过外部功率 MOSFET 切换高电流 以对 BLDC 电机进行换向时可能会发生振铃

从而导致对电磁干扰 (EMI)、电路抖动、 功耗过大和组件过载的问题。

2.原因分析

这通常是由于印刷电路板 (PCB) 中的寄生电感和电容造成的 特别是在高侧和低侧 MOSFET 之间的高载流相位网络中。

电感器和电容器形成电感器-电容器 (LC) 谐振电路， 从而在开关事件发生期间产生了谐振。

图 1 – 由于 LC 谐振腔谐振在电机相位输出处振铃

3.RC滤波电路设计

为了减轻相位输出端的振铃 可以使用简单的电阻电容 (RC) 缓冲电路来“缓冲”或抑制振荡。

通过消除振荡， 这将降低潜在的 EMI 并通过减少电压过应力来 延长 MOSFET 的使用寿命。

RC 缓冲器并联放置， 尽可能靠近每个 MOSFET 的漏极和源极连接。

图 2 – RC 缓冲器

为了计算RC 缓冲电路的电阻器 (R snub ) 和电容器 (C snub ) 值，

我们将使用7 步程序来移动 MOSFET 振铃的谐振频率来计算电路的寄生电容 (C 0 ) 和电感(L)。

一旦知道这些， 它们将用于推导出 RC 缓冲器的值。

所示示例使用 DRV8343-Q1 EVM 的 CSD18540Q5B MOSFET (Qgd = 6.8nC) 旁边的 RC 缓冲器。

图 3 –不使用 RC 缓冲器的 V DS振铃的测量 f o

图 4 –在 C 0 = 100pF 时测量V DS振铃的f 1

图 5 – 使用计算的 RC 缓冲器值抑制 MOSFET 振铃

图 5 显示了计算出的 RC 缓冲器值的尖峰减少和阻尼效果。 我们可以通过改变 C缓冲值来将振铃调高或调低。 C snub 的较大值会进一步降低电压尖峰幅度， 但会增加 R snub 中的功率损耗。

或者，也可以通过降低 C snub来降低R snub 中的功耗， 但振铃会增加。 所以必须权衡可接受的电压环幅度和 R缓冲损耗之间的权衡。

如果在消除振铃效应后在 V DS开关事件中出现正或负电压瞬变，

还可以降低进入 MOSFET 栅极的源电流 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少最大瞬态尖峰。 当关闭 MOSFET 以不超过栅极驱动器器件的任何最大负瞬态规范时， 监控负电压瞬态很重要。