借助智能柵極驅動器在不影響效率的情況下對 EMI 進行調優

EMI 是電子系統中普遍存在的一個問題，會導致出現許多其他問題，包括數據損壞、器件故障和損壞。因此，在 EMI 和效率之間取得平衡至關重要，尤其是在電動助力轉向 (EPS) 和制動系統等關鍵設備中。造成 EMI 的因素有很多，例如高速信號的切換、大電流的使用以及雜散電感和電容的存在。

EMI 的一個具體原因是振鈴，在開關節點波形上可以明顯觀察到振鈴，如圖 2 所示。振鈴是指電壓或電流快速轉換后出現的共振振蕩，通常由電路中的寄生電容和電感引起。這些振蕩會導致不必要的噪聲和干擾，可能影響電子系統的性能和可靠性。減少這些影響的可行方法包括：優化元件放置、盡可能地減少 PCB 寄生、隔離高速布線以及正確接地。

圖 1 通過 IDRIVE 調優來減少振鈴

圖 2 開關節點波形上的振鈴

壓擺率調優是一種用于控制 MOSFET 兩端電壓變化速率的技術，這種變化速率會影響開關節點振蕩的嚴重程度。這可通過調節柵極驅動電流來實現，該電流決定了電荷注入 MOSFET 柵極的速率。智能柵極驅動器是德州儀器 (TI) 的一項技術，該技術提供了集成的壓擺率調優以及其他可用于優化 MOSFET 開關的功能。使用壓擺率調優進行優化后的設計效果如圖 1 所示。

智能柵極驅動器通過集成多電平柵極電流以調節控制外部 MOSFET 開關的能力，簡化了電機驅動器設計。利用可調柵極上拉或下拉電流，用戶能夠微調 MOSFET 導通或關斷的速率，從而控制電機開關節點的壓擺率。此過程無需使用外部串聯柵極電阻器，可省去多達 24 個外部元件，同時允許嘗試多種組合而無需返修硬件。這有助于簡化設計流程，降低成本，并優化電機驅動器的開關損耗和 EMI 性能。

這種節省成本的架構如圖 3 所示。DRV3233-Q1 是一款具有該特性的全新先進器件。DRV3233-Q1 提供 45 個不同的柵極電流電平，其中 36 個電平的范圍為 0.5mA 至 250mA。較小的 MOSFET 需要更精細的電流控制來調整其壓擺率，因此在較低的電流范圍內設置更多的步長有助于快速高效地調整 MOSFET 開關，從而改善 EMI，而無需不斷切換外部柵極電阻器。

圖 3 智能柵極驅動架構

DRV3233-Q1 具有快速預放電特性，可在不影響調優后 EMI 性能的情況下更大限度地縮短死區時間。該器件還具有自動強下拉電流，以便在半橋互補側導通時盡可能減少柵極電壓耦合。這些特性可幫助工程師找到并實現系統在 EMI 和效率之間的平衡。DRV3233 的其他特性包括超小型封裝選項（6mm x 4mm 32 引腳 QFN）、具有低輸入溫漂（整個溫度范圍內小于 0.1mV）的高精度 CSA、±2V 共模范圍，以及寬工作電壓范圍，能夠在 0 級（-40°C 至 150°C 環境溫度）溫度條件下支持 12V 和 24V 電池系統（工作電壓為 4.5V 至 60V）。