借助智能柵極驅(qū)動(dòng)器在不影響效率的情況下對(duì) EMI 進(jìn)行調(diào)優(yōu)

EMI 是電子系統(tǒng)中普遍存在的一個(gè)問題，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)許多其他問題，包括數(shù)據(jù)損壞、器件故障和損壞。因此，在 EMI 和效率之間取得平衡至關(guān)重要，尤其是在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向 (EPS) 和制動(dòng)系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備中。造成 EMI 的因素有很多，例如高速信號(hào)的切換、大電流的使用以及雜散電感和電容的存在。

EMI 的一個(gè)具體原因是振鈴，在開關(guān)節(jié)點(diǎn)波形上可以明顯觀察到振鈴，如圖 2 所示。振鈴是指電壓或電流快速轉(zhuǎn)換后出現(xiàn)的共振振蕩，通常由電路中的寄生電容和電感引起。這些振蕩會(huì)導(dǎo)致不必要的噪聲和干擾，可能影響電子系統(tǒng)的性能和可靠性。減少這些影響的可行方法包括：優(yōu)化元件放置、盡可能地減少 PCB 寄生、隔離高速布線以及正確接地。

圖 1 通過 IDRIVE 調(diào)優(yōu)來減少振鈴

圖 2 開關(guān)節(jié)點(diǎn)波形上的振鈴

壓擺率調(diào)優(yōu)是一種用于控制 MOSFET 兩端電壓變化速率的技術(shù)，這種變化速率會(huì)影響開關(guān)節(jié)點(diǎn)振蕩的嚴(yán)重程度。這可通過調(diào)節(jié)柵極驅(qū)動(dòng)電流來實(shí)現(xiàn)，該電流決定了電荷注入 MOSFET 柵極的速率。智能柵極驅(qū)動(dòng)器是德州儀器 (TI) 的一項(xiàng)技術(shù)，該技術(shù)提供了集成的壓擺率調(diào)優(yōu)以及其他可用于優(yōu)化 MOSFET 開關(guān)的功能。使用壓擺率調(diào)優(yōu)進(jìn)行優(yōu)化后的設(shè)計(jì)效果如圖 1 所示。

智能柵極驅(qū)動(dòng)器通過集成多電平柵極電流以調(diào)節(jié)控制外部 MOSFET 開關(guān)的能力，簡(jiǎn)化了電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)。利用可調(diào)柵極上拉或下拉電流，用戶能夠微調(diào) MOSFET 導(dǎo)通或關(guān)斷的速率，從而控制電機(jī)開關(guān)節(jié)點(diǎn)的壓擺率。此過程無需使用外部串聯(lián)柵極電阻器，可省去多達(dá) 24 個(gè)外部元件，同時(shí)允許嘗試多種組合而無需返修硬件。這有助于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，降低成本，并優(yōu)化電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的開關(guān)損耗和 EMI 性能。

這種節(jié)省成本的架構(gòu)如圖 3 所示。DRV3233-Q1 是一款具有該特性的全新先進(jìn)器件。DRV3233-Q1 提供 45 個(gè)不同的柵極電流電平，其中 36 個(gè)電平的范圍為 0.5mA 至 250mA。較小的 MOSFET 需要更精細(xì)的電流控制來調(diào)整其壓擺率，因此在較低的電流范圍內(nèi)設(shè)置更多的步長(zhǎng)有助于快速高效地調(diào)整 MOSFET 開關(guān)，從而改善 EMI，而無需不斷切換外部柵極電阻器。

圖 3 智能柵極驅(qū)動(dòng)架構(gòu)

DRV3233-Q1 具有快速預(yù)放電特性，可在不影響調(diào)優(yōu)后 EMI 性能的情況下更大限度地縮短死區(qū)時(shí)間。該器件還具有自動(dòng)強(qiáng)下拉電流，以便在半橋互補(bǔ)側(cè)導(dǎo)通時(shí)盡可能減少柵極電壓耦合。這些特性可幫助工程師找到并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在 EMI 和效率之間的平衡。DRV3233 的其他特性包括超小型封裝選項(xiàng)（6mm x 4mm 32 引腳 QFN）、具有低輸入溫漂（整個(gè)溫度范圍內(nèi)小于 0.1mV）的高精度 CSA、±2V 共模范圍，以及寬工作電壓范圍，能夠在 0 級(jí)（-40°C 至 150°C 環(huán)境溫度）溫度條件下支持 12V 和 24V 電池系統(tǒng)（工作電壓為 4.5V 至 60V）。