3招轻松解决电气过应力问题

在我为这个系列所撰写与热点问答有关的上一篇博文中，我曾经解释了什么是电气过应力 (EOS)，它是如何影响集成电路 (IC) 组件的，以及电机驱动系统（根据上面提到的内容，这就是“问题”所在）中几个常见的EOS源。我的一个同事已经介绍了电源泵送，一个常见的EOS源。不过，你可以采取哪些步骤来防止EOS呢（有什么“解决方案”）？在这篇博文中，我将介绍几种系统设计人员能够用来防止EOS或保护电机驱动系统内的器件不受EOS影响的更加常见的方法。

设计时打出裕量

在不对保护机制和器件进行深入、详尽研究的情况下，其中一个最常见的方法就是设计一个具有足够运行裕量的系统。

我将在这里给出一个示例。一个AC/DC转换器为一个简单的有刷直流电机驱动系统生成24V电源。DRV8701 H桥栅极驱动器和CSD18509Q5B功率MOSFET驱动一个有刷直流电机，并且由24V直接供电。

在理想情况下，24V电源的供电电压就是24V。在真实使用环境中，由于不同负载条件、电机的寄生效应和再生电流，这个24V电压将会发生变化。对于电源电压变化的理解能够使你选择具有合适电压额定值的组件。在电机驱动系统中，为组件额定值留出2倍的裕量是很常见的。在图1中，DRV8701支持高达45V电压，而CSD18509Q5B支持的电压高达40V，以耐受电源电压的变化和瞬态。

图1：有刷直流电机驱动系统

使用大容量电容器

另外还有一个常见的方法，我称之为“万能的”大容量电容器。这个方法可以像它听起来这么简单，或者很复杂，需要用不同的大电容器尺寸定制来生成一个细节仿真，以解决寄生效应和电机响应。大容量陶瓷或电解（大型）电容器提供一个本地电荷库。大容量电容器使得系统能够提供负载阶跃中所需的电荷，或者在电机再生期间对外提供所产生的电荷，而又不会产生过多的电压瞬变。图2是一个本地大容量电容器。

图2：具有大电容值的系统

在几乎所有的电机驱动系统中，都会用到一定数量的大电容值，当然，电容器的尺寸取决于特定的系统。其中的某些决定因素有：

• 电机系统所需的最高电流。

• 电源的电容值和供电能力。

• 电源与电机系统之间的寄生电感数量。

• 可以接受的电压纹波。

• 所使用的电机类型（有刷直流、无刷直流和步进电机）。

• 电机制动方式。

添加瞬态电压抑制器

如果之前的两个方法仍然不能提供对于EOS的足够保护，那么瞬变电压抑制器 (TVS) 就是下一个经常用到的保护机制。TVS二极管的工作方式为，在电感电压超过TVS的击穿电压时分流过多的电流。当过压情况消失时，TVS将自动复位。有必要了解TVS的几个重要参数，其中包括：

• 泄露电流：器件关闭时传导的电流。

• 击穿电压：当传导的电量很大时发生。

• 钳位电压：当器件将传导满额定值电流时。

• 功率额定值：器件能够安全传导的电能数量。

你还应该知道器件的寄生电容和电感，这两个值有可能会限制其有效性。

图3：TVS保护机制

TVS保护机制的某些常见缺点与其尺寸和成本有关。TVS的尺寸与电压瞬态期间必须从系统中消除的电量直接相关。