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[参考译文] DRV8300:评估板

Guru**** 679710 points
Other Parts Discussed in Thread: DRV8300, INA240
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/motor-drivers-group/motor-drivers/f/motor-drivers-forum/1112388/drv8300-board-review

器件型号:DRV8300
主题中讨论的其他器件: INA240

您好、TI、

我正在开发新的电机控制板,想问您是否可以查看它。

电路板规格(10cmx10cm)(顶部:红色、第2层:黄色、第3层:绿色、底部:蓝色):
4层、2oz 其他层、0.5oz 内层

层叠电源部分:Top=GND、Bottom=VDD、第2层=栅极布线、第3层=电流感测布线
层叠控制部分:top=电源/信号、第2层= GND、第3层=电源/信号、bottom= GND

额定电压:50V (VDD 上的所有电容器的额定电压均为100V)
额定电流:60A (不确定我是否遇到 PCB 热问题、我将看到)

开关频率:10kHz-40kHz
所有陶瓷电容器的额定电压将是所需电压的两倍。

栅极驱动器:具有外部二极管的 DRV8300 (由于内层为0.5oz、栅极走线的宽度为70英里)。 我将从30欧姆栅极电阻器开始、稍后我尝试对其进行调整(slla385a.pdf)。自举电容器将大约为200nf-300nf (根据数据表公式计算得出)、这是否正常? 电源引脚(12V)上有一个100nF 和2.2uF 电容、Elko 电容略为100uF。

MOSFET:IRFB4110PBF、130A、100V、4m Ω Rdson、150nC QG、 43nC Qgd、50ns TRR 体二极管。

电容:9x330uF VDD-GND、3x2.2uF (双级联) veug-GND 和3x1uF veug-source (LS-FET)

所有陶瓷电容器的额定电压将是所需电压的两倍。

缓冲器:在所有三个相位上、接地和 VDD 之间为2个(如果我需要的话)

对于电流检测、ina240与1Mohm 分流电阻器配合使用。 您对模拟部分的切口有何看法、这是否正常、或者我是否应该使用纯接地层?

我真正不确定的是从电源部分到控制部分的接地连接。 通常,我会将其放在左侧(下图中的通路位置),但我对来自低侧 FET 的栅极返回电流有一点担心。 因此、我在栅极走线附近进行了4个接地连接(下图)。 我不确定这是否是一个好主意,您会怎么做?

以下是布局和原理图(微控制器板插入左侧和右侧的两个接头):

GND 层:


VDD 平面:


所有平面:


无平面:


3D:


功率级(A 相、B 相和 C 相类似):


栅极驱动器:


电流检测:


电源:


HALL/QEB 传感器:


电压稳压器:

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    Daniel、您好!

    感谢您分享董事会、我们将需要一些时间来收集信息并进行审查。 我们将在下周提供反馈。  

    谢谢、
    Aaron

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    非常感谢 Aaron!

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    Daniel、您好!

    我们应在接下来的几个工作日内提供反馈。

    谢谢、
    Aaron

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    Daniel、您好!

    很抱歉耽误你的时间。 作为一般参考、查看提供的与 DRV8300相关的 EVM 文件始终是原理图和布局注意事项的良好开端: https://www.ti.com/lit/zip/slvc817

    以下是我的反馈:

    原理图

    栅极驱动

    • PWM 输入不需要 RC 滤波器
    • DRV8300DI 集成了自举二极管、因此不需要 D9 D10和 D12。 如果使用 DRV8300NI、则需要这些自举二极管
    • 如果使用100nF 自举电容,并且 GVDD 是稳定电压源,那么额定电压为25V 的最低10*CBSTx = 1uF (或更高)电容…100uF 是过压电容,将是一个非常大的电容。
    • 确保自举电容器的额定电机电压为2倍

    功率级

    • 如果需要更强的灌电流、建议添加与栅极电阻并联的灌电阻器和二极管。 否则、拉电流和灌电流将相似

    电流检测

    • 确保 IN-连接到分流电阻器 R3低侧的 GND、不要直接连接到 GND

    我省略了有关 HALL/QEB 传感器和电压稳压器的反馈、因为我不是这些产品工作原理的专家、但我对12V/5V/3.3V/CSA 电压基准轨很满意。

    布局

    布局实际上非常好、令人印象深刻、尤其是 DRV8300、栅极驱动路径、功率级和靠近功率级的组件。 电源轨具有良好的覆铜、栅极驱动布线足够宽、可更大限度地减小电感、因此该功率级可有效地降低尽可能多的寄生效应。  

    我唯一的问题 是您使用的 IRFB4110PBF FET。 只要您使用 TO-220封装 MOSFET、长引线就会增加显著的电感、并会在拉出和灌入更高栅极电流时影响栅极驱动性能、因此在测试此情况时、只需在监控栅极驱动输出波形时保持警惕。 由于每个栅极驱动输出上都有一个栅源极二极管、因此栅极不应过冲、这很好。 由于栅极驱动走线很宽、并且外部组件(缓冲器、RGS 电阻器)放置在靠近 FET 的位置、因此您可以尽可能减少寄生效应、从而提高 FET 开关的性能。  

    [引用 userid="312063" URL"~/support/moter-drivers-group/moter-drivers/f/moter-drivers-forum/1112388/drv8300-board-review "]

    对于电流检测、ina240与1Mohm 分流电阻器配合使用。 您对模拟部分的切口有何看法、这是否正常、或者我是否应该使用纯接地层?

    我真正不确定的是从电源部分到控制部分的接地连接。 通常,我会将其放在左侧(下图中的通路位置),但我对来自低侧 FET 的栅极返回电流有一点担心。 因此、我在栅极走线附近进行了4个接地连接(下图)。 我不确定这是否是一个好主意,您会怎么做?

    [/报价]

    如前面所建议的那样、INA240的最佳性能是使用开尔文连接、在该连接中、您将一对差分线迹从分流器的顶部和低侧路由到 CSA 的输入、并将滤波组件尽可能靠近 CSA 放置。 下面是一个简化示例。  

    对于电源部分与控制部分之间的接地连接、我们建议分离接地层、但使用0欧姆电阻或网带等低阻抗连接将它们连接在一起。 请参阅下面的示例。  

    希望这对您有所帮助!

    谢谢、
    Aaron

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    非常感谢您的反馈 Aaron、他真的很有帮助。 我想没有拖延,你反应很快。

    原理图:

    栅极驱动器:
    我移除了输入滤波器。 什么是示例用例? PWM 输入迹线附近的噪声环境?

    功率级:
    好的、我认为 DRV8300具有不同的灌电流和拉电流(最大1.5A 灌电流、0.75A 拉电流)。
    也许我会误解这一点、但如果我添加额外的组件(二极管和电阻器)、它是否只有不同的拉电流和灌电流?

    我添加了二极管和电阻器以获得更高的灌电流、您可以在下图中看到它。 由于这需要更多的空间、我增加了分流电阻器下方的接地多边形(图中的橙色圆圈)、以确保 vleav-GND 电容器的良好接地连接(图中的紫色矩形)。 在本例中、您认为我的开尔文连接有任何问题吗(橙色圆圈图片)?


    这会更好吗? (顶部/红色=GND、BOT/蓝色=VDD)


    布局:
    非常感谢大家的参与、我花了很长的时间和几块板才能实现这一目标。
    我知道 TO220具有更高的电感、但由于其价格低廉、因此很容易为此 PCB 制造外壳。 它更适合开发目的,稍后我将尝试类似这样的操作:




    我有一个有关接地连接的最后一个问题。 正如您所建议的、我添加了一个0欧姆电阻器来连接接地端。 我不确定放置它们的位置,因此我添加了4个电阻器,3个占位符,我只使用一个。 我将进行一些测试、并尝试找出最适合的地方、但您有没有建议? 我在下图中用蓝色圆圈标记了电阻器。

    我不知道为什么,但我会使用左边的两个中的一个。 我认为第二个(R69)电阻会更好。 如果我使用左侧电阻器、来自低侧 FET 的栅极的高频返回电流(来自 PWM 信号的上升/下降沿)必须沿间隙传播更长的距离。 这是否会对开关性能产生负面影响、例如栅极信号出现更多振荡? 我提出这一问题的原因是,我以前使用的是带有 SLX 引脚的栅极驱动器。

    完全不同的想法是、将 DRV8300放置在电源接地上、如下图所示、并将其连接到绿色矩形的任何位置。 您对此有何看法?


    此致、
    Daniel

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    Daniel、您好!  

    我们的团队目前已于7月4日在美国休假、但我们将审查您的问题、并计划在本周结束前提供回复。 谢谢!

    此致、  
    Andrew  

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    Daniel、您好!

    [~引语 userid="312063" URL"/support/motor-drivers-group/motor-drivers/f/motor-drivers-forume/1112388/drv8300-board-review /4131168#4131168"]栅极驱动器:
    我移除了输入滤波器。 什么是示例用例? PWM 输入迹线附近的噪声环境?[/quot]

    如果存在任何高频噪声、则可以使用。 但 DRV8300具有输入抗尖峰脉冲延迟、用于滤除任何<20-40ns 的噪声/瞬态、并且内部下拉电阻为100k Ω、因此实际上不需要在输入信号上使用输入滤波器。  

    [引用 userid="312063" URL"~/support/motor-drivers-group/motor-drivers/f/motor-drivers-forum/1112388/drv8300-board-review /4131168#4131168"]功率级:
    好的、我认为 DRV8300具有不同的灌电流和拉电流(最大1.5A 灌电流、0.75A 拉电流)。
    也许我会误解这一点、但如果我添加额外的组件(二极管和电阻器)、它是否只有不同的拉电流和灌电流?[/引述]

    是的、如果没有使用电阻器或电阻值非常小(1欧姆)、DRV8300具有0.75A 峰值拉电流和1.5A 峰值灌电流。 但增加的栅极电阻越多、栅极拉电流/灌电流峰值就越小、因为栅极电阻器会限制每个栅极电流。 例如、如果您使用10欧姆栅极电阻器、则 ISOURCE = GVDD/(R_GATE + R_PU)、且 ISINK = GVDD/(R_GATE + R_PD)、其中 R_PU =前置驱动器的内部上拉 Rdson、R_PD =前置驱动器的内部下拉 Rdson。 因此、Rgate 主导(并限制)栅极电流。  

    使用具有二极管拓扑的拉电阻器+灌电阻器可实现可调拉电流和灌电流。

    [引用 userid="312063" URL"~/support/motor-drivers-group/motor-drivers/f/motor-drivers-forum/1112388/drv8300-board-review /4131168#4131168"]在本例中、您认为我将会遇到开尔文连接问题(橙色圆圈图片)吗?[/quote

    开尔文连接看起来仍然正常、这可能会经过不同的层。  

    [~ userid="312063" URL"/support/motor-drivers-group/motor-drivers/f/motor-drivers-forume/1112388/drv8300-board-review /4131168#4131168"]这是否会更好? (Top/Red=GND、BOT/Blue =VDD)[/QUERQ]

    是的、看起来不错。

    [引用 userid="312063" URL"~/support/motor-drivers-group/motor-drivers/f/motor-drivers-forum/1112388/drv8300-board-review /4131168#4131168"]非常感谢您的来信、我花了很长时间和几块电路板才这么做。
    我知道 TO220具有更高的电感、但由于其价格低廉、因此很容易为此 PCB 制造外壳。 它更多地用于开发目的,稍后我将尝试这样的操作:[/引述]

    相关知识。 由于设计精良的栅极驱动器和功率级布局、我对 TO220封装的关注程度不高。  

    [~引脚 userid="312063" URL"/support/motor-drivers-group/motor-drivers/f/motor-drivers-forume/1112388/drv8300-board-review /4131168#4131168"]我对接地连接有最后一个问题。 正如您所建议的、我添加了一个0欧姆电阻器来连接接地端。 我不确定放置它们的位置,因此我添加了4个电阻器,3个占位符,我只使用一个。 我将进行一些测试、并尝试找出最适合的地方、但您有没有建议? 我在下图中用蓝色圆圈标记了电阻器。

    不确定0欧姆电阻器的物理放置在多大程度上会影响分离接地拓扑、但目标是将 GND 连接在一起、而不会将电机电流耦合噪声耦合到数字信号中。 因此0欧姆电阻器仅在一点将接地端连接在一起、这样在不增加电感的情况下接地端之间就没有电压电势差。  

    首先使用一个电阻器、看看性能如何;如果您看到电机噪声耦合到数字接地、则最好添加更多电阻器。  

    [~ userid="312063" url="/support/motor-drivers-group/motor-drivers/f/motor-drivers-forum/1112388/drv8300-board-review /4131168#4131168]]这是否会对开关性能产生负面影响、例如栅极信号出现更多振荡? 我提出这一问题是因为我过去使用的是带有 SLX 引脚的栅极驱动器。

    如果电流路径较薄、较窄且无法支持返回驱动器的电流返回路径、则较长的电流路径可能会导致更多的电感。 确保接地在所有层之间都有缝合过孔、并且接地回路不会狭窄。 由于您在电路板的许多层上都有专用接地平面、因此我怀疑、只要这些接地端连接良好(即拼接过孔)而不是单个接地过孔(如电源连接器)、这就不会成为问题。  

    为电源接地和 DRV8300接地分配的接地越多、电感就越低。 一种良好的策略是将电源接地覆铜放置在电路板的那一侧、重复覆铜多层、并使用拼接过孔将接地与拼接过孔连接在一起。 然后使用0欧姆电阻器将电源接地连接到顶部或底部的逻辑接地。  

    谢谢、
    Aaron

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    你好,Aaron,谢谢你的努力!

    感谢您对滤波器和灌电流/拉电流的解释、这很有道理!


    如果不进行测试,可能很难说出接地连接电阻器的位置,我只会尝试它。

    我不确定您的答案是否为:

    亚伦说:
    为电源接地和 DRV8300接地分配的接地越多、电感就越低。 一种良好的策略是将电源接地覆铜放置在电路板的那一侧、重复覆铜多层、并使用拼接过孔将接地与拼接过孔连接在一起。 然后使用0欧姆电阻器将电源接地连接到顶部或底部的逻辑接地。

     

    与我的最后一个问题相关:

    Daniel 说:
    完全不同的想法是、将 DRV8300放置在电源接地上、如下图所示、并将其连接到绿色矩形的任何位置。 您对此有何看法?


    或者它只是一种很好的方法。

     


    现在、我已经重新绘制了 DRV 部件并将其置于电源接地端:

     

    对我来说也很好。 我将订购两个版本(逻辑和电源 GND 上的 DRV)、因为我想知道我是否可以测量/查看任何差异。 完成后,我会告诉您它是如何进行的。

     

     

    谢谢、您提供了很多帮助、
    Daniel

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    Daniel、您好!

    我认为您在所附图片中所示的内容是好的。 我更喜欢电源接地上的 DRV8300、因此散热焊盘具有更好的散热性能、并且接地与栅极电流路径共享、而不是数字信号路径。 但我看到了客户的两种方法、他们都有不同的性能水平。  

    谢谢、
    Aaron

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    您好 Aaron、感谢您的宝贵意见。

    我已经对此进行了思考,在我看来,DRV on power GND 版本是更好的版本。 尤其是由于您刚才提到的原因、以及栅极返回路径的阻抗。
    我将订购 DRV 位于电源 GND 上的版本。

    谢谢、
    Daniel

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    Daniel、您好!

    好的、如果您收到 PCB 后有任何问题、请告知我们。 我可以关闭此主题吗?

    谢谢、
    Aaron

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    Aaron、您好、是的、您可以关闭此主题。

    此致、
    Daniel

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    感谢您的确认!