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驱动模块的PCB布线问题 [复制链接]

本帖最后由 qwqwqw2088 于 2023-7-3 09:02 编辑

一般我们把隔离驱动芯片的垂直面下方的PCB设为禁止布线层,既不走任何的信号也不放置各类元器件,如下图所示。接着我们会讨论为什么不能布线,最后介绍例外的应用情况。

 

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image.png   image.png  

 

为什么芯片下面不建议布线?

 

因为会影响正常的信号传输啊!既然是使用电气隔离型的驱动芯片,你肯定是希望原边和副边之间不要有任何牵绊,而且两者的供电是独立且符合应用隔离要求的,因此两边一般不会有电气性的连接线。那么,上桥的参考地,可不可以延展到芯片的原边侧呢?结论是也不要,毕竟空间密接是要产生耦合影响的。通常变化的电压会通过耦合电容注入分布电流;变化的电流则会引起感应电动势。特别是对于高频高压的大功率开关器件,处于上下桥中点位置的dv/dt往往非常大,如果这时对上桥的源极或者发射极电位进行大面积铺铜甚至铺到原边侧就非常危险,可能引入各种大小不一的分布电流,超过限定值后会导致逻辑信号错乱甚至芯片损毁。即使芯片两侧没有铺铜叠层的耦合关系,驱动芯片对dv/dt也有一个耐受度,就是规格书的CMTI值,它标志着正常使用时器件能承受的最大dv/dt,英飞凌的驱动产品处于业内领先水平,有些型号高达300V/ns,可以适用于SiC、GaN等高速开关器件。

 

没有电压变化的大地信号能不能铺在驱动芯片下面?

 

虽然下桥的地电位相对稳定,但如果是主功率地的话会有交变的电流经过,这可能会对英飞凌隔离驱动内部的无磁芯变压器传递信号带来影响。前面有讲到,英飞凌的隔离驱动产品抗dv/dt能力超强,这是基于磁耦合的电气隔离技术(图二)带来的好处,输入侧与输出侧之间的开关指令等信号是以电流变化的形式进行传递的。而且在信号发射侧和接收侧分别有两组反向绕的线盘,如图二。当外部有强电流干扰时,产生的干扰电流大小相等,方向相反,正好可以相互抵消。另外基于英飞凌多年的芯片逻辑设计经验,产品内部还会有各种滤波整形电路来抑制这种干扰。再者电流变化的这种影响除了和干扰源本身大小有关外,还和相对距离,位置方向等因素关系密切。这就给看似强干扰的垂直结构提供了可实施的方案。就是下一节的例外情况。

 

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图二

 

驱动板直接安装在模块上的情况

 

实际应用中有没有驱动芯片下方出现大电流的情况呢?有,比如图三。驱动板整个焊在模块的上方,此时模块里肯定有电流经过,就非常可能出现在驱动芯片的正下方,但实际上运行时并没有干扰驱动正常的工作,因为这个变化的电流距离芯片内的无磁芯变压器有足够的距离。根据使用经验,一般5mm以上的距离就没有什么问题了。

 

image.png  

图三

 

总结

 

功率开关器件的驱动正下方最好不走任何的信号。如果非要走不可,那就要做好各种验证工作,确保整个系统能正常工作,不会出现丢波、波形畸变甚至误触发波形的情况。比如在不同的负载功率,不同的温度,各种过流甚至短路状态下都不会干扰芯片。

 

作者:郑姿清

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禁止布线层可以减少电磁辐射和传导,从而降低信号串扰的风险。   详情 回复 发表于 2023-7-6 23:34
 

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禁止布线层可以减少电磁辐射和传导,从而降低信号串扰的风险。

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