新型電機驅(qū)動器EB01

1 主要特點

EB01是APEX公司推出的一種新型電機驅(qū)動器，它內(nèi)含三個獨立的帶驅(qū)動器的IGBT半橋，該驅(qū)動器很容易和CMOS或HCMOS邏輯電平接口，非常適合于基于數(shù)字或DSP控制的電機驅(qū)動系統(tǒng)。其主要特點如下：

●兼容PWM的頻率高達30kHz；

●電機電壓控制范圍為50～500V；

●連續(xù)輸出電流為20A；

●具有HCMOS兼容的施密特觸發(fā)邏輯輸入；

●對于負電流傳感，設(shè)有獨立的發(fā)射極輸出；

●帶有休眠模式；

●具有很寬的門驅(qū)動電壓及邏輯電源電壓。

EB01主要用于數(shù)字控制的大功率電路。如有刷電機驅(qū)動的三軸向位移、三相無刷直流電機的驅(qū)動、三相交流電機的驅(qū)動以及三相步進電機的驅(qū)動等。

2 引腳說明及器件參數(shù)

2.1 引腳說明

圖1所示是EB01電機驅(qū)動器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳排列。各引腳的功能說明如表1所列。

表1 引腳（信號）功能

2.2 參數(shù)

EB01的主要參數(shù)如下：

●高電源電壓HV：50～500V；

●輸出電流：脈沖電流為28A；

連續(xù)電流為20A；

●驅(qū)動電源電壓VDD：10～20V；

邏輯電源電壓Vdd：4.5～20V；

●邏輯輸入電壓：-0.3～+0.3V；

●內(nèi)部功耗：179W；

●管殼熱阻：2.1℃/W；

●焊接溫度（10s）：300℃；

●結(jié)點溫度：150℃；

●貯存溫度范圍：-65～150℃；

●工作溫度范圍為：-25～85℃。

3 設(shè)計說明

3.1 輸入

EB01的每個邏輯電平輸入分別用于控制各自半橋的IGBT，高電平時打開IBGT，低電平時關(guān)斷IGBT。當EB01的SD端為高電平時，將關(guān)斷所有的IGBT。

EB01的所有輸入均為施密特觸發(fā)電路，高閾值為2Vdd/3。由于邏輯電路和EB01的VDD是相同的，因此，EB01和CMOS或HCMOS的接口非常方便。

如果在TTL電路的邏輯電源上加一上位電阻，也可用來驅(qū)動EB01，這樣，EB01的Vdd和TTL門電路的邏輯電源也是一致的。所有輸入端的輸入阻抗均為50kΩ，因此，如果一個輸入開路，那么將會產(chǎn)生一個很高的射頻噪音并打開一個IGBT。

3.2 輸出

EB01的每一部分輸出均由一個并關(guān)模式的IGBT半橋組成，以對每一部分提供獨立的HV電源、發(fā)射極和HV地線。

IGBT的額定電流日20A。飽和電壓日2.7V。

每個IGBT都反向并聯(lián)一個高速二極管。在用于開、關(guān)感性負載時，這個二極管會導通，電流為20A時，其導通壓降為2.7V。

3.3 接地和旁路

在任何大功率的PWM系統(tǒng)中，接地和旁路都是非常重要的。由于EB01在100ns的上升和下降時間里可產(chǎn)生20kW的脈沖，因此，不正確的接地和旁路會引起嚴重的傳導和輻射電磁干擾。

為了減小傳導EMI，EB01提供了獨立的電源地，名稱為HVRTH。它和邏輯地互相隔離，這種隔離消除了大電流回路地。但是，在地線間高于5V的偏置電壓會破壞EB01的正常工作。因此，設(shè)計時不可在邏輯地和電源地之間連接背對背的大電流二極管。這不僅可實現(xiàn)地線間的距離，同時也可使偏置電壓保持在安全范圍內(nèi)。另外，系統(tǒng)中所有地均應(yīng)在一點連接。

為了減小輻射EMI，可在HV和HVRTV間接一個400μF或更大的電容。這個電容應(yīng)是具有ESR的高頻高解電容，頻率應(yīng)高達20kHz，并應(yīng)盡可能靠近EB01安裝。同時，還應(yīng)用一個低ESR的1μF或更大點的陶瓷電容旁路。

為了減小輻射噪音，必須減小回路高頻電流的面積，因此應(yīng)在每個HV和HVRTN間旁路一個1μF的陶瓷電路。

3.4 短路保護

IGBT的打開延時很短中，關(guān)斷延時卻很長。與別的半導體器件不同的是，它的關(guān)斷延時不能通過電路的設(shè)計而改善。因此，如果打開半橋電路的一個IGBT輸入，同時關(guān)斷此半橋的另一個IGBT，那么，就會有一段時間差，此時如果兩個IGBT均打開就會短路掉IGBT電源，這將引起很高的功耗和電磁干擾。為了避免這種干擾，在打開一個IGBT時就必須延長至另一個IGBT被關(guān)斷后。EB01至少需要1.5μs的延遲。也就是說，相同半橋的Hin被打開必須位于Lin被關(guān)斷延時1.5μs之后。

3.5 SD端的使用

由于FB01在SD端為邏輯“1”時將關(guān)斷所有的IGBT，因此利用這個輸入端可在設(shè)計溫度傳感或電流傳感電路時，使其在檢測到不安全的因素及在正常輸入邏輯或DSP編程出錯時關(guān)斷IGBT。

3.6 起動

由于相同的邏輯輸入必須是在SD端變低1μs后才有效。因此，為了打開IGBT，應(yīng)在高邊的IGBT被打開前，先打開相同半橋低邊的IGBT至少2μs以給自舉電容充電。但是，如果輸出通過負載接地，那么，正電源端的IGBT在打開時應(yīng)無需首先打開負電源端的IGBT。

3.7 散熱

EB01必須安裝足夠的散熱器以耗散掉179W的功率，從而保持25℃的管殼溫度，以使EB01的三部分以最大電流正常工作在500V、20A、30kHz的情況下。EB01的功耗主要由傳導功耗（每半橋54W）和開關(guān)功耗（每半橋4W）所組成。傳導功耗和Iout成正比；開關(guān)功耗和HV電源電壓以及開關(guān)頻率成正比。