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Fuji Electric Co.

, Ltd. MT6M10224 版本.1.1 July.-2013 5-1 Preliminary 内容 页码 1. 应用电路示例 5-2 2. PCB设计的建议和注意事项 5-5 第5章 推荐的布线方式和布局 Fuji Electric Co., Ltd. MT6M10224 版本.1.1 July.-2013 5-2 Preliminary 1.应用电路示例 第5章 推荐的布线方式和布局 本章介绍的是推荐的布线方式和布局. 首先,

第一节通过应用电路示例设计中的提示和注意事项进行说明. 图.5-1 和图.5-2为应用电路示例及其注释. 虽然在图中显示了两种电流检测方式,但是注释是通用的. 此处接地线较长可 能会对输入造成干 扰并导致IGBT的误 动作. 此处布线较长可能会 影响过电流检测电平 波动从而导致过电流 保护误动作. 此处布线较长可能 会导致短路故障. 导线杂散电感应小 于10nH. 上臂驱动电源自举二极管 负极应直接与U,V,W端子 相连,在最接近端子处与 马达输出导线分开. 母线正电压 大容量电容 母线负电压 图. 5-1 应用电路例1 (三相同时电流检测时) Fuji Electric Co., Ltd. MT6M10224 版本.1.1 July.-2013 5-3 Preliminary 此处布线较长可能会影 响过电流检测电平波动 从而导致过电流保护误 动作. 此处布线较长可能 会导致短路故障. 导线杂散电感应小 于10nH. 母线正电压 大容量电容 母线负电压 图. 5-2 应用电路例2 (三相分别电流检测时) 上臂驱动电源自举二极管 负极应直接与U,V,W端子 相连,在最接近端子处与 马达输出导线分开. 此处接地线较长可 能会对输入造成干 扰并导致IGBT的误 动作. 第5章 推荐的布线方式和布局 Fuji Electric Co., Ltd. MT6M10224 版本.1.1 July.-2013 5-4 Preliminary 1. 输入信号为高电平有效.控制IC输入电路中有一个内置下拉电阻.为防止出现误动作,每个输入的布 线越短越好.使用RC滤波器时,确保输入信号电平满足开通和关断阈值电压要求. 2. 内置HVIC功能可实现与微处理器(MPU)的直接连接,而无需任何光耦或脉冲变压器隔离. 3. 故障状态输出为开路漏极型,应通过一个大约10K的上拉电阻,将其上拉至5V电源的正极侧. 4. 为防止误动作,(A),(B),(C)的布线越短越好. 5. 用R2-C2来决定的过电流保护电路的时间常数应选择为大约1.5μs.过电流关断时间可能会因布线方 式不同而有所变化.对于R2和C2,建议采用温度补偿型那种容差小的型号. 6. 过电流保护电路的外部参考基准电压推荐与IPM的过电流检测阈电压电平设定成相同. 7. 请使用高速比较器和逻辑IC以快速检测过电流状态. 8. 如果开关动作中R1上产生了一个负电压,建议插入肖特基二极管D1. 9. 所有电容的安装位置应尽量靠近IPM的端子.(C1, C4:推荐采用温度漂移特性、频率特性及DC偏置 特性优良的陶瓷电容,C3, C5:建议采用温度漂移特性、频率特性优良的电解电容). 10. 为防止尖峰电压造成IPM破坏,缓冲电容C6和P端子、Ns节点之间的布线应尽可能短.P端子和Ns节 点之间,一般建议使用接0.1μF至0.22μF 的缓冲电容. 11. IPM内连接了两个COM端子(9 和16引脚),必须将其中之一连接至外部15V电源的接地端,并将另一 个空置. 12. 为防止尖峰电压破坏控制电源盒上臂侧驱动电源,建议在每相电源端子之间插入一个齐纳二极管 (22V). 13. 如果基板上的控制信号的地端采用覆铜连接至电源的地端,可能会由于电源的地的波动而造成控制信 号误动作.建议信号地和电源地仅在一点处连接. 第5章 推荐的布线方式和布局 Fuji Electric Co., Ltd. MT6M10224 版本.1.1 July.-2013 5-5 Preliminary 图.5-3推荐的PCB板走线布局概念图 (IPM周围的整体设计) 本节介绍的是在PCB设计中推荐的走线布局和注意事项.图.5-3至图.5-7所示为用图.5-1和图.5-2 所示的应用电路例设计的推荐PCB布线图.这些图中,来自控制系统的输入信号用"IN(HU)"表示. 建议和注意事项如下: 注) 输入信号用"IN(HU)"表示. 有关各部分的详细情况见下一页. 2. PCB 设计中的建议走线布局和注意事项 (A) 在电位差距大的界线处保留适合的爬电距离.(必要时可开一条狭缝) (B) 电源输入(DC母线电压)部分的走线应与上臂驱动部分的电源走线相互分开,以防止增强传导噪 音 干扰. 如果采用多层PCB板,这些布线发生交叉时,请注意走线间的寄生电容和PCB板的绝缘 性能. (C) 上臂驱动部分电源的走线应与接口电路部分的走线相互分开,以避免系统出现误动作.采用多层 PCB板时,强烈建议不要让这些走线交叉. 用于上臂驱动的电源 附注 高电位差界线 PWB中的狭缝 PWB走线 缓冲电容 分流电阻 电解电容 陶瓷电容 齐纳二极管 电阻 肖特基势垒二极管 接口部分 电源 电源地 接 电机 过电流保护 电源输入 系统控制, 驱动 IC 电源供给 2.1 IPM周围的整体设计 第5章 推荐的布线方式和布局 Fuji Electric Co., Ltd. MT6M10224 版本.1.1 July.-2013 5-6 Preliminary 图.5-5 推荐的PCB板走线布局图 (上臂驱动部分的电源) (A) 应尽量将缓冲电容靠近置于P端子和分流电阻负 极之间.缓冲电容和P端子、分流电阻之间的接 线应尽可能短,以避免走线电感的影响. (B) 在P端子和分流电阻附近,应将大容量电容组的 走线与缓冲电容的走线相互分开. (C) 电源接地的走线和来自COM端子的走线应采用单 点接地方式与分流电阻尽可能短的线相连. (D) 分流电阻应选择低感抗型. (E) N(U),N(V),N(W) 和分流电阻之间的走线越短越 好. (A) (B) (B) (C) (D) (E) 图.5-4 推荐的PCB板走线布局图 (电源输入部分) (A) VB(U,V,W)端子和其它元器件(陶瓷电容、 电解电容和齐纳二极管)的走线长度越短越 好,以避免走线电感的影响. (B) 请注意根据应用情况使用适合的电容.特 别强调的是,请将陶瓷电容或低ESR电容 置于靠近 VB(U,V,W) 端子的位置. (C) 至电动机输出的走线和至VB(U,V,W)电容 负极的走线应互相分开,在U,V和W端子 最近处分开,以避免这些走线的共模阻抗 导致故障. (D) 如果VB(U)和电源的地(或相同电势) 端 子之间寄生电容较大, IGBT在开通和关断 时的高dV/dt的影响下,VB(U) 和U端子之 间的电压有可能过大或不足.因此,建议 在VB(U) 和 U端子之间,靠近 VB(U) 端子 处安装齐纳二极管. (VB(V), VB(W)也与 VB(U)相同.) (A) (B) (D) (C) bulk capacitor 接 电机 大容量 电容 电源地 电源 接IS端子 连接接口部分的COM端子 2.2 电源输入部分 2.3 用于上臂驱动部分的电源 第5章 推荐的布线方式和布局 Fuji Electric Co., Ltd. MT6M10224 版本.1.1 July.-2013 5-7 Preliminary (A) 上臂驱动电源部分等造成的噪音干扰不可忽 略时,建议在输入信号和COM走线之间插入 一个电容.电容的负极应在尽量靠近控制信 号地处连接COM端子. 如果已插入滤波电阻或电容,请考虑此IPM 中的内部下拉电阻,并在实际系统中确认信 号电平. (B) IPM有两个COM端子.这两个端子在IPM内 部相连,因此必须使用其中之一. (C) VCCL和COM走线、VCCH和COM走线之间 应连入电解电容和陶瓷电容,并尽量靠近每 个端子. (D) 来自TEMP端子的输出信号线应与控制信号 接地平行,以抑制干扰的影响. (E) 来自系统控制信号接地的走线和来自COM端 子的走线应在一个接地点相连,并应可能靠 近COM端子. 图.5-6 推荐的PCB板走线布局图 (接口部分) (E) (B) (A) (D) (C) 注) 输入信号用"IN(HU)"表示. Signal GND (SGND) 接外部分流电阻 接电源地 信号地 系统控制, 驱动 IC 电源供给 2.4 接口部分 第5章 推荐的布线方式和布局 Fuji Electric Co., Ltd. MT6M10224 版本.1.1 July.-2013 5-8 Preliminary 图.5-7 推荐的PCB板走线布局图(过电流保护部分) 2.5 过电流保护电路部分 图.5-1和图.5-2显示了两种过电流的检测和保护的方法 分别是 "三相同时电流检测型" (图.5-7 (a))和"三相分别电流检测型" (图.5-7 (b)). (A) 分流电阻接地端和COM端子之间 的走线非常重要.它不仅是内部 控制IC的参照零值,同时还相当 于上臂IGBT自举充电电流的路径 及下臂IGBT门极驱动电流的路径. 因此,该走线应尽量短以尽可能 减小共模阻抗的影响. (B) IS信号走线应尽可能短,以避免过 电流保护电平的波动和误动作. (C) 需要在IS信号之间插入RC滤波器, 以防止在开关时检测出错.RC滤 波器的电容的负极应连接至最接 近COM端子的控制信号的地. (D) 如果在开关动作时IS端子上印加负 电压时,应在IS端子和COM端子 之间或在与分流电阻并列的位置 插入一个肖特基势垒二极管. (A) (B) (C) (a)三相同时电流检测方法 (b)三相分别电流检测方法 (D) (A) 请使用高速比较器和逻辑IC来快速检测过电流状态. (B) 输入到比较器的参考电平应通过电容连接至控制信号的地,而且距离比较器越近越好. (C) COM端子的接地信号走线和比较器的接地信号走线应相互分开. (D) 来自COM的接地信号的走线和来自比较器的接地信号的走线应在一个接地点相连,并应尽量靠近 分流电阻的负极. (E) 其它注意事项和推荐布局与图.5-7 (a)所示相同.关于确定电路参数的更多详细情况,请参见第4章第2节. (A) (B) (C) (D) 接吸收电容 接电源地 系统控制 系统控制 接电源地 接吸收电容 OC参考电平 比较器和逻辑IC电源 在图.5-7 (a)中 在图.5-7 (b)中第5章 推荐的布线方式和布局