分立式半桥栅极驱动器设计

随着设计人员在不断缩小的印刷电路板(PCB)设计中实现更多的功能，集成式半桥驱动器变得越来越常用。尽管PCB越来越小巧，但功率级别和功能要求却不断提高。这使一些工程师在传统分立式半桥设计和DRV8320等集成度更高的三相设计之间举棋不定。在本文中，我将通过列举无刷直流电机驱动器两种集成电路(IC)的说明数据，比较两种设计的优缺点。

我们首先看看集成式设计和分立式设计之间的差异。

分立式半桥栅极驱动器设计

优势：

布局简单。由于每个半桥都有自己的IC和外部元件，因此可以多次复制相同的半桥布局以支持一个、三个或六个半桥。对每个半桥使用专用的电机驱动器IC，还可以缩短栅极驱动器和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET，通常称为FET）之间的布线，从而减少板上的寄生元件（稍后对此进行详细介绍）。

劣势：

外部元件偏多。外部电源、系统保护和FET控制所需的元件会增加布局复杂性和布板空间。

保护特性。在简单的分立式半桥栅极驱动器中，保护特性会受到限制或缺失。而且，在外部添加这些功能会使系统更复杂，并增加布局和原理图设计的工作量。

集成栅极驱动器设计

优势：

高度集成。FET栅极驱动器和电源的支持组件集成在栅极驱动器中，从而缩减了串联栅极电阻器、栅极灌电流路径二极管、栅源电压(VGS)钳位二极管、栅极无源下拉电阻器和电源等组件的物料清单(BOM)和组装成本。

保护特性更多。漏源电压(VDS)和VGS监视器以及电流分流放大器，无需外部组件即可全面保护外部FET、PCB和电机。

系统简单。一个集成电路通过故障报告和单点电机驱动或关断组合选项即可控制所有电机功能。

劣势：

布局复杂。一个驱动器意味着您必须将布线从一个中心点引出至六个FET，这会使布线更长，并可能增加PCB的寄生效应（将在下一节中详细说明）。

通常，使用集成栅极驱动器和分立式栅极驱动器会产生不同的PCB布局寄生效应。传统观点认为，集成布局需要更长的栅极和源极布线，这会导致寄生效应比分立式布局更明显。

关于使用建模和仿真软件，在本文的第二部分中(点击阅读原文查看)我分析了两种不同布局的寄生电感和电阻，以便准确了解两种设计之间的差异。图1是我的分析结果汇总。

 

DRV8320集成驱动器设计	分立式设计

·GHx布线长度：最小值为 660mil，最大值为851mil	·GHx布线长度：794mil
·GHx布线宽度：10mil	·GHx布线宽度：10mil
·电感：最小值为15.11nH， 最大值为21.16nH	·电感：17.0nH
·阻抗：最小值为23.3mΩ， 最大值为30.0mΩ	·阻抗：26.4mΩ加分立式 电阻器阻值

 

图1：集成栅极驱动器与分立式栅极驱动器比较

注意：集成式设计采用一个较近的半桥（B相）和两个较远的半桥（A相和C相），而分立式设计将同一种布局复制了三次。因此集成设计列出了最小值和最大值，而分立式设计仅为每个参数列出一个值。

结果出乎意料：集成半桥栅极驱动器和分立式半桥栅极驱动器的寄生电感和阻抗差异很小。集成栅极驱动器不会显著增加寄生元件的参数值，因此仍具有提供重要保护、缩减BOM和解决方案尺寸等优势。

综上所述，DRV8320等集成栅极驱动器是减小分立式设计尺寸的理想选择，一定会让您的无刷直流电机更好地工作。

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