【導(dǎo)讀】隨著設(shè)計(jì)人員在不斷縮小的印刷電路板(PCB)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)更多的功能，集成式半橋驅(qū)動(dòng)器變得越來越常用。盡管PCB越來越小巧，但功率級別和功能要求卻不斷提高。這使一些工程師在傳統(tǒng)分立式半橋設(shè)計(jì)和DRV8320等集成度更高的三相設(shè)計(jì)之間舉棋不定。在本文中，我將通過列舉無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器兩種集成電路(IC)的說明數(shù)據(jù)，比較兩種設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)。
我們首先看看集成式設(shè)計(jì)和分立式設(shè)計(jì)之間的差異。
分立式半橋柵極驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)
優(yōu)勢：
● 布局簡單。由于每個(gè)半橋都有自己的IC和外部元件，因此可以多次復(fù)制相同的半橋布局以支持一個(gè)、三個(gè)或六個(gè)半橋。對每個(gè)半橋使用專用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC，還可以縮短柵極驅(qū)動(dòng)器和金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET，通常稱為FET）之間的布線，從而減少板上的寄生元件（稍后對此進(jìn)行詳細(xì)介紹）。
劣勢：
● 外部元件偏多。外部電源、系統(tǒng)保護(hù)和FET控制所需的元件會(huì)增加布局復(fù)雜性和布板空間。
● 保護(hù)特性。在簡單的分立式半橋柵極驅(qū)動(dòng)器中，保護(hù)特性會(huì)受到限制或缺失。而且，在外部添加這些功能會(huì)使系統(tǒng)更復(fù)雜，并增加布局和原理圖設(shè)計(jì)的工作量。
集成柵極驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)
優(yōu)勢：
● 高度集成。FET柵極驅(qū)動(dòng)器和電源的支持組件集成在柵極驅(qū)動(dòng)器中，從而縮減了串聯(lián)柵極電阻器、柵極灌電流路徑二極管、柵源電壓(VGS)鉗位二極管、柵極無源下拉電阻器和電源等組件的物料清單(BOM)和組裝成本。
● 保護(hù)特性更多。漏源電壓(VDS)和VGS監(jiān)視器以及電流分流放大器，無需外部組件即可全面保護(hù)外部FET、PCB和電機(jī)。
● 系統(tǒng)簡單。一個(gè)集成電路通過故障報(bào)告和單點(diǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)或關(guān)斷組合選項(xiàng)即可控制所有電機(jī)功能。
劣勢：
● 布局復(fù)雜。一個(gè)驅(qū)動(dòng)器意味著您必須將布線從一個(gè)中心點(diǎn)引出至六個(gè)FET，這會(huì)使布線更長，并可能增加PCB的寄生效應(yīng)（將在下一節(jié)中詳細(xì)說明）。
通常，使用集成柵極驅(qū)動(dòng)器和分立式柵極驅(qū)動(dòng)器會(huì)產(chǎn)生不同的PCB布局寄生效應(yīng)。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，集成布局需要更長的柵極和源極布線，這會(huì)導(dǎo)致寄生效應(yīng)比分立式布局更明顯。
關(guān)于使用建模和仿真軟件，在本文的第二部分中(點(diǎn)擊閱讀原文查看)我分析了兩種不同布局的寄生電感和電阻，以便準(zhǔn)確了解兩種設(shè)計(jì)之間的差異。圖1是我的分析結(jié)果匯總。
圖1：集成柵極驅(qū)動(dòng)器與分立式柵極驅(qū)動(dòng)器比較
注意：集成式設(shè)計(jì)采用一個(gè)較近的半橋（B相）和兩個(gè)較遠(yuǎn)的半橋（A相和C相），而分立式設(shè)計(jì)將同一種布局復(fù)制了三次。因此集成設(shè)計(jì)列出了最小值和最大值，而分立式設(shè)計(jì)僅為每個(gè)參數(shù)列出一個(gè)值。
結(jié)果出乎意料：集成半橋柵極驅(qū)動(dòng)器和分立式半橋柵極驅(qū)動(dòng)器的寄生電感和阻抗差異很小。集成柵極驅(qū)動(dòng)器不會(huì)顯著增加寄生元件的參數(shù)值，因此仍具有提供重要保護(hù)、縮減BOM和解決方案尺寸等優(yōu)勢。
綜上所述，DRV8320等集成柵極驅(qū)動(dòng)器是減小分立式設(shè)計(jì)尺寸的理想選擇，一定會(huì)讓您的無刷直流電機(jī)更好地工作。
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