如何在直流驅(qū)動電機中實現(xiàn)更高的系統(tǒng)魯棒性，第 3 部分：最小輸入脈沖

1.前言

我們們是否曾經(jīng)在觀看自己喜歡的節(jié)目時注意到畫面模糊或部分凍結(jié)？我們認為這是由于刷新時間不正確造成的。

為了在半橋電源系統(tǒng)（例如直流驅(qū)動器）中正常運行，高端和低端功率器件的時序正確很重要。在看電視的情況下，時間故障只是令人討厭。但在半橋動力系統(tǒng)中，高側(cè)和低側(cè)功率器件中的時序毛刺可能會中斷預(yù)期的操作，甚至導(dǎo)致半橋功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 出現(xiàn)故障。

在為直流驅(qū)動器選擇柵極驅(qū)動器時，為了實現(xiàn)更高的系統(tǒng)穩(wěn)健性，需要考慮重要的設(shè)計細節(jié)。在本系列的第 1 部分（如何在直流驅(qū)動中實現(xiàn)更高的系統(tǒng)魯棒性，第 1 部分：負電壓） 討論了開關(guān)節(jié)點 HS 引腳上的負電壓尖峰，在本系列的第 2 部分（如何在直流驅(qū)動電機中實現(xiàn)更高的系統(tǒng)魯棒性，第 2 部分：互鎖和死區(qū)時間）我們討論了輸出互鎖和死區(qū)時間。在本期文章中，我們將討論最小輸入脈沖抑制功能。

最小輸入脈沖抑制可防止輸出（LO 和 HO）響應(yīng)小于允許的最小輸入脈沖要求的脈沖寬度，從而防止驅(qū)動器輸出響應(yīng)窄尖峰或振鈴，產(chǎn)生意外的驅(qū)動器輸出脈沖，并使MOSFET 在不正確的時間開啟。

2.如何抑制最小輸入脈沖

由控制接地路徑中流動的電流尖峰引起的驅(qū)動器輸入信號上的電壓尖峰和振鈴是電機控制中的常見問題。圖 1 顯示了許多設(shè)計中存在的電路板布局走線接地路徑。在許多情況下，不可能消除控制接地中電流流動的可能性，因此我們們需要一個強大的柵極驅(qū)動器來處理它們引起的瞬變。

圖 1 中的紅色箭頭顯示了硬開關(guān)操作期間的低側(cè)導(dǎo)通：下降的 V DS電壓在開關(guān)節(jié)點電容放電時產(chǎn)生電流尖峰。這個高 dI/dt 電流尖峰將流過接地路徑并返回到輸入電容。由于驅(qū)動器地 (COM) 通?？拷?MOSFET 源極連接，并且控制器在許多情況下連接到驅(qū)動器地，因此存在來自 MOSFET 源極 (COM) 和控制器的并聯(lián)電流路徑。這會導(dǎo)致顯著的電流尖峰流入控制參考地。

圖 1：來自接地電流的驅(qū)動器輸入電壓尖峰/振鈴

在 MOSFET 源極和驅(qū)動器 / 控制器接地參考之間的路徑上添加電感或電阻等高頻阻抗可以減少流入控制器的電流，如圖 2 所示。

圖 2：用于降低控制接地電流的接地路徑中的阻抗

重要的是，柵極驅(qū)動器具有能夠承受電壓尖峰的特性，以確?？煽窟\行并提高設(shè)計的穩(wěn)健性。該UCC27710 駕駛員的最小輸入脈沖特征防止LO和HO的輸出作出響應(yīng)，以縮小尖峰和振鈴。如圖 3 所示，該驅(qū)動器拒絕低到高脈沖和小于 40ns 的高到低脈沖，從而防止驅(qū)動器輸入噪聲導(dǎo)致功率 MOSFET 意外開啟或關(guān)閉。 

圖 3：正負窄脈沖的 LO 和 HO 響應(yīng)

讓我們們看看減少驅(qū)動器輸入上的接地電流電壓尖峰的方法。我們們可以添加電阻或電感以減少控制接地中的電流。這種電阻或電感會產(chǎn)生高頻阻抗。

圖 4 顯示了一個示例半橋驅(qū)動器和動力系統(tǒng)布局。我們們可以看到低側(cè) MOSFET 連接到大接地路徑，驅(qū)動器輸入連接到大接地路徑。但是大地平面從電源到驅(qū)動器輸入或控制不是連續(xù)的。

圖 4：用于控制接地連接以限制電流尖峰的 MOSFET 

如果控制地的 MOSFET 源具有比電源和控制平面更高的電感，則該路徑中的電流尖峰將相對于大電源平面減小。圖 4 中更窄的走線連接將導(dǎo)致更高的電感路徑。

在本系列的第 2 部分（如何在直流驅(qū)動電機第2部分輸出互鎖和死區(qū)時間中實現(xiàn)更高的系統(tǒng)穩(wěn)定性）中，我們提供了有關(guān)如何降低驅(qū)動器輸入噪聲的其他布局技巧。

在設(shè)計電機驅(qū)動器時，具有最小輸入脈沖抑制的 TI 柵極驅(qū)動器可提供更高的系統(tǒng)穩(wěn)健性。