電機驅動器論壇 ：電氣過應力

　　“魔煙”是一個非正式術語，用來指由過熱的電子電路和組件產生的腐蝕性煙氣。這個詞組幾乎每一名電氣工程師都說過 —— 通常在他們忘了去調節(jié)電源電壓電平或意外使電壓軌對邏輯引腳短路時。

　　該事件的技術原因是電氣過應力(EOS);雖然人為錯誤是一種常見根源，但還存在其它可能的原因，而且更微妙。一些張貼到TI E2E™社區(qū)電機驅動器論壇的最常見問題(包括那些以“我的電機驅動器已停止正常工作”、“我的電機驅動器被損壞了”以及“我的電機不再旋轉了”開頭的問題)的背后原因往往就是EOS。下面筆者將簡略說明EOS是什么，并列出可在電機驅動系統(tǒng)里導致EOS的幾大常見根源。在下一篇文章中，筆者將討論幾種能幫您防止電機驅動系統(tǒng)里出現EOS現象的方法。

　　EOS是當電子器件承受超過該器件規(guī)定限值的電流或電壓時發(fā)生的熱損壞。熱損壞一般由EOS事件(跨電阻的大電流)中產生的過多熱量引起。這種高溫會對用來構建集成電路的材料造成損壞，從而導致其運行被破壞或永久性改變。

　　既然您已了解EOS是什么，您如何能知道規(guī)定限值是多少呢?為達到這個目的，您必須仔細查看電子器件產品說明書中的絕對最大額定值表(請參看表1，它來自DRV8701產品說明書)。絕對最大額定值是這樣的技術規(guī)格 —— 超過它們會發(fā)生永久性損壞。在產品說明書中，絕對最大額定值與推薦工作條件不同;如果超過那些推薦工作條件的技術規(guī)格，器件可以繼續(xù)運行，只是在以產品說明書推薦工作條件范圍之外的技術規(guī)格運行。違反表1規(guī)定的一個例子是：如果由于電源軌上的瞬態(tài)事件，VM電源引腳達到了50V……

　　表1：DRV8701的絕對最大額定值表

　　那么，可在電機驅動系統(tǒng)里導致EOS的一些常見根源是什么?

　　電源過壓

　　EOS的最常見根源之一是器件電源輸入端上的過壓事件。電源過壓可由電機再生電能(如以前一篇文章中所概述的，示例見圖1)或系統(tǒng)的外部事件(如組件故障)引起。了解過壓事件的根源所在需要在一切可能的內部和外部運行條件下監(jiān)測系統(tǒng)電源軌。

　　圖1：電源過壓瞬變

　　開關瞬變

　　導致電機驅動系統(tǒng)中出現EOS現象的另一種常見根源是：遭受與功率金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的開關相關的電壓瞬變。在理想的半橋開關系統(tǒng)中，電壓將在VGROUND和VSUPPLY(圖2)之間交替波動。但在現實世界里，功率MOSFET和印刷電路板(PCB)布局中的寄生現象會導致電壓瞬變 —— 電壓將變得低于VGROUND或高于VSUPPLY(圖3)。

　　圖2：理想的半橋驅動器

　　圖3：存在寄生現象的半橋驅動器

　　MOSFET過流

　　筆者將提到的最后一種EOS事件與功率MOSFET的過流有關。TI的集成電機驅動器具有過流和過溫保護功能，可防止過流情況下的EOS。對于使用柵極驅動器(具有外部功率MOSFET)的系統(tǒng)，您必須注意不要違反MOSFET安全工作區(qū)規(guī)定。功率MOSFET產品說明書通常會包含一個安全工作區(qū)(SOA)曲線圖(如圖4所示)。功率MOSFET中電流過大將最終導致該器件或其封裝的熱損壞。

　　圖4：CSD18540Q5B最大安全工作區(qū)