电机驱动系统中电气过应力（EOS）含义及产生根源

“魔烟”是一个非正式术语，用来指由过热的电子电路和组件产生的腐蚀性烟气。这个词组几乎每一名电气工程师都说过 —— 通常在他们忘了去调节电源电压电平或意外使电压轨对逻辑引脚短路时。

该事件的技术原因是电气过应力（EOS）；虽然人为错误是一种常见根源，但还存在其它可能的原因，而且更微妙。一些张贴到TI E2E™社区电机驱动器论坛的最常见问题（包括那些以“我的电机驱动器已停止正常工作”、“我的电机驱动器被损坏了”以及“我的电机不再旋转了”开头的问题）的背后原因往往就是EOS。下面笔者将简略说明EOS是什么，并列出可在电机驱动系统里导致EOS的几大常见根源。在下一篇文章中，笔者将讨论几种能帮您防止电机驱动系统里出现EOS现象的方法。

EOS是当电子器件承受超过该器件规定限值的电流或电压时发生的热损坏。热损坏一般由EOS事件（跨电阻的大电流）中产生的过多热量引起。这种高温会对用来构建集成电路的材料造成损坏，从而导致其运行被破坏或永久性改变。

既然您已了解EOS是什么，您如何能知道规定限值是多少呢？为达到这个目的，您必须仔细查看电子器件产品说明书中的绝对最大额定值表（请参看表1，它来自DRV8701产品说明书）。绝对最大额定值是这样的技术规格 —— 超过它们会发生永久性损坏。在产品说明书中，绝对最大额定值与推荐工作条件不同；如果超过那些推荐工作条件的技术规格，器件可以继续运行，只是在以产品说明书推荐工作条件范围之外的技术规格运行。违反表1规定的一个例子是：如果由于电源轨上的瞬态事件，VM电源引脚达到了50V……

 

 

 

表1：DRV8701的绝对最大额定值表

那么，可在电机驱动系统里导致EOS的一些常见根源是什么？

 

电源过压

EOS的最常见根源之一是器件电源输入端上的过压事件。电源过压可由电机再生电能（如以前一篇文章中所概述的，示例见图1）或系统的外部事件（如组件故障）引起。了解过压事件的根源所在需要在一切可能的内部和外部运行条件下监测系统电源轨。

 

 

 

图1：电源过压瞬变

 

开关瞬变

导致电机驱动系统中出现EOS现象的另一种常见根源是：遭受与功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的开关相关的电压瞬变。在理想的半桥开关系统中，电压将在VGROUND和VSUPPLY（图2）之间交替波动。但在现实世界里，功率MOSFET和印刷电路板（PCB）布局中的寄生现象会导致电压瞬变 —— 电压将变得低于VGROUND或高于VSUPPLY（图3）。

 

 

图2：理想的半桥驱动器

 

 

 

图3：存在寄生现象的半桥驱动器

 

 

MOSFET过流

 

笔者将提到的最后一种EOS事件与功率MOSFET的过流有关。TI的集成电机驱动器具有过流和过温保护功能，可防止过流情况下的EOS。笔者在以前的一篇文章中详细讨论过这些，但对于使用栅极驱动器（具有外部功率MOSFET）的系统，您必须注意不要违反MOSFET安全工作区规定。功率MOSFET产品说明书通常会包含一个安全工作区（SOA）曲线图（如图4所示）。功率MOSFET中电流过大将最终导致该器件或其封装的热损坏。

 

 

图4：CSD18540Q5B最大安全工作区

在下一篇文章中，笔者将讨论一些可防止电机驱动系统里出现EOS现象的常用解决方案。这些解决方案的涵盖范围从外部保护组件到简单的设计注意事项。如果您希望笔者解决与EOS相关的特定问题，请在下边发表意见或在TI E2E社区电机驱动器论坛提问。

其它资源： 

阅读本系列（专门针对电机驱动器论坛上最常见的问题）中的其它博客。

您在寻求其它可防止EOS事件的建议吧？那么请在这段“Engineer It”视频中找到小贴士。