3招輕松解決電氣過(guò)應(yīng)力問(wèn)題

在我為這個(gè)系列所撰寫(xiě)與熱點(diǎn)問(wèn)答有關(guān)的上一篇博文中，我曾經(jīng)解釋了什么是電氣過(guò)應(yīng)力 (EOS)，它是如何影響集成電路 (IC) 組件的，以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（根據(jù)上面提到的內(nèi)容，這就是“問(wèn)題”所在）中幾個(gè)常見(jiàn)的EOS源。我的一個(gè)同事已經(jīng)介紹了電源泵送，一個(gè)常見(jiàn)的EOS源。不過(guò)，你可以采取哪些步驟來(lái)防止EOS呢（有什么“解決方案”）？在這篇博文中，我將介紹幾種系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠用來(lái)防止EOS或保護(hù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)的器件不受EOS影響的更加常見(jiàn)的方法。

設(shè)計(jì)時(shí)打出裕量

在不對(duì)保護(hù)機(jī)制和器件進(jìn)行深入、詳盡研究的情況下，其中一個(gè)最常見(jiàn)的方法就是設(shè)計(jì)一個(gè)具有足夠運(yùn)行裕量的系統(tǒng)。

我將在這里給出一個(gè)示例。一個(gè)AC/DC轉(zhuǎn)換器為一個(gè)簡(jiǎn)單的有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)生成24V電源。DRV8701H橋柵極驅(qū)動(dòng)器和CSD18509Q5B功率MOSFET驅(qū)動(dòng)一個(gè)有刷直流電機(jī)，并且由24V直接供電。

在理想情況下，24V電源的供電電壓就是24V。在真實(shí)使用環(huán)境中，由于不同負(fù)載條件、電機(jī)的寄生效應(yīng)和再生電流，這個(gè)24V電壓將會(huì)發(fā)生變化。對(duì)于電源電壓變化的理解能夠使你選擇具有合適電壓額定值的組件。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，為組件額定值留出2倍的裕量是很常見(jiàn)的。在圖1中，DRV8701支持高達(dá)45V電壓，而CSD18509Q5B支持的電壓高達(dá)40V，以耐受電源電壓的變化和瞬態(tài)。

圖1：有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

使用大容量電容器

另外還有一個(gè)常見(jiàn)的方法，我稱(chēng)之為“萬(wàn)能的”大容量電容器。這個(gè)方法可以像它聽(tīng)起來(lái)這么簡(jiǎn)單，或者很復(fù)雜，需要用不同的大電容器尺寸定制來(lái)生成一個(gè)細(xì)節(jié)仿真，以解決寄生效應(yīng)和電機(jī)響應(yīng)。大容量陶瓷或電解（大型）電容器提供一個(gè)本地電荷庫(kù)。大容量電容器使得系統(tǒng)能夠提供負(fù)載階躍中所需的電荷，或者在電機(jī)再生期間對(duì)外提供所產(chǎn)生的電荷，而又不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的電壓瞬變。圖2是一個(gè)本地大容量電容器。

圖2：具有大電容值的系統(tǒng)

在幾乎所有的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，都會(huì)用到一定數(shù)量的大電容值，當(dāng)然，電容器的尺寸取決于特定的系統(tǒng)。其中的某些決定因素有：

• 電機(jī)系統(tǒng)所需的最高電流。

• 電源的電容值和供電能力。

• 電源與電機(jī)系統(tǒng)之間的寄生電感數(shù)量。

• 可以接受的電壓紋波。

• 所使用的電機(jī)類(lèi)型（有刷直流、無(wú)刷直流和步進(jìn)電機(jī)）。

• 電機(jī)制動(dòng)方式。

添加瞬態(tài)電壓抑制器

如果之前的兩個(gè)方法仍然不能提供對(duì)于EOS的足夠保護(hù)，那么瞬變電壓抑制器 (TVS) 就是下一個(gè)經(jīng)常用到的保護(hù)機(jī)制。TVS二極管的工作方式為，在電感電壓超過(guò)TVS的擊穿電壓時(shí)分流過(guò)多的電流。當(dāng)過(guò)壓情況消失時(shí)，TVS將自動(dòng)復(fù)位。有必要了解TVS的幾個(gè)重要參數(shù)，其中包括：

• 泄露電流：器件關(guān)閉時(shí)傳導(dǎo)的電流。

• 擊穿電壓：當(dāng)傳導(dǎo)的電量很大時(shí)發(fā)生。

• 鉗位電壓：當(dāng)器件將傳導(dǎo)滿(mǎn)額定值電流時(shí)。

• 功率額定值：器件能夠安全傳導(dǎo)的電能數(shù)量。

你還應(yīng)該知道器件的寄生電容和電感，這兩個(gè)值有可能會(huì)限制其有效性。

圖3：TVS保護(hù)機(jī)制

TVS保護(hù)機(jī)制的某些常見(jiàn)缺點(diǎn)與其尺寸和成本有關(guān)。TVS的尺寸與電壓瞬態(tài)期間必須從系統(tǒng)中消除的電量直接相關(guān)。