ZHCAD78 October 2023 LM2005 , LM2101 , LM2103 , LM2104 , LM2105 , LM5108 , UCC27301A , UCC27311A , UCC27531 , UCC27710 , UCC44273

5 布板空間、熱性能和其他注意事項(xiàng)

柵極驅(qū)動(dòng)器有助于減小布板空間的主要原因在于其封裝。

例如，假設(shè)有一種三相 BLDC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器配置。使用具有大封裝的驅(qū)動(dòng)器時(shí)，可能很難讓驅(qū)動(dòng)器 IC 相對于三個(gè)電源開關(guān)之間實(shí)現(xiàn)均勻間距，因此會(huì)導(dǎo)致其中一個(gè)信號出現(xiàn)相位差。緊湊的半橋驅(qū)動(dòng)器有助于最大限度減小驅(qū)動(dòng)器與電源開關(guān)之間的間距。最大限度縮短驅(qū)動(dòng)器與開關(guān)之間的 PCB 布線有助于減弱布局產(chǎn)生的寄生效應(yīng)。圖 5-1 展示了一個(gè) BLDC 布局示例，其中包含采用 2mm x 2mm WSON 封裝選項(xiàng)的 LM2105 器件 LM2105DSGR（U1、U2 和 U3）。

圖 5-1 使用三個(gè) LM2105DSGR 半橋驅(qū)動(dòng)器的 BLDC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 PCB 布局示例

柵極驅(qū)動(dòng)器的某些功能還可以消除對外部電路的需求，因此可以進(jìn)一步減少元件的數(shù)量，進(jìn)而減小整體尺寸。例如，UCC27624 等器件中的集成負(fù)電壓容差和反向電流處理能力有助于消除驅(qū)動(dòng)器輸入和輸出端的鉗位二極管。

半橋設(shè)計(jì)通常利用由電容器、電阻器和二極管組成的自舉電路。節(jié)省布板空間的另一種方法是選擇在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)集成了自舉二極管（和電阻器）的半橋驅(qū)動(dòng)器。對于此類驅(qū)動(dòng)器，電路板上唯一需要的自舉元件是電容器。

諸如步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之類的應(yīng)用通常需要來自微控制器的許多信號。因此，還需要注意盡量減少柵極驅(qū)動(dòng)器所需的 PWM 輸入數(shù)量。在這些情況下，請選擇具有單 PWM 兼容性的柵極驅(qū)動(dòng)器，這種兼容性通常通過以下兩種方式之一實(shí)現(xiàn)：

一個(gè)輸入引腳（PWM 或 IN，或者命名為高側(cè)輸入 HI 或 INH）。此引腳與第二個(gè)可選輸入（如用于使能或關(guān)斷功能的 EN 或 SD）配對。請參閱圖 5-2 中使用半橋驅(qū)動(dòng)器 LM2104 的示例。
高側(cè)輸入引腳（HI 或 INH）與反相低側(cè)輸入（nLI 或 nINL）配對。請參閱圖 5-2 中使用半橋驅(qū)動(dòng)器 LM2103 的實(shí)施示例。

圖 5-2 使用 LM2103、LM2104 的不同輸入配置示例

柵極驅(qū)動(dòng)器在多個(gè)此類元件組合在一起時(shí)特別有助于減小尺寸。例如，LM2105（105V、0.5A/0.8A 半橋驅(qū)動(dòng)器）具有集成的自舉二極管和 -18V 負(fù)瞬態(tài)電壓能力（在 V_HS 上），全都采用 2mm x 2mm WSON 封裝（TI 封裝名稱為“DSG”）。

除了節(jié)省布板空間外，DSG 封裝等小型封裝還具有散熱優(yōu)勢。例如，在 BLDC 系統(tǒng)中，三個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)器均使用緊湊型封裝，可使每個(gè)驅(qū)動(dòng)器分別進(jìn)行功率耗散（而不是全部三相都通過一個(gè)較大的封裝進(jìn)行功率耗散）。DSG 封裝還包括一個(gè)散熱焊盤，有助于進(jìn)行額外的功率耗散并進(jìn)一步提高熱效率。

為了量化這種熱性能的改善，本示例對 LM2105 的 SOIC（“D”）封裝和 WSON（“DSG”）封裝進(jìn)行了比較。可以使用結(jié)溫和環(huán)境溫度以及結(jié)至環(huán)境熱阻 (R_?JA) 來計(jì)算柵極驅(qū)動(dòng)器中的最大功率耗散 (P_MAX)，如器件數(shù)據(jù)表的熱性能信息 一節(jié)所述：

方程式 3.

P_{M A X} = \frac{T_{J} - T_{A)}}{R_{θ J A)}}

在結(jié)溫 (T_J) 和環(huán)境溫度 (T_A) 相同的條件下，LM2105 各型號的最大功率耗散與 R_?JA 成反比。D 封裝版本的 R_?JA 大約是 DSG 封裝版本的 1.7 倍（分別為 133.2 和 78.2）。因此，在相同的溫度條件下，DSG 封裝版本的功率耗散最多是 SOIC 封裝版本的 1.7 倍。有關(guān)熱指標(biāo)的更多信息，請參閱半導(dǎo)體和 IC 封裝熱指標(biāo) 應(yīng)用手冊。