本文從器件選型、原理圖設計及PCB layout等幾個方面全面的介紹電機驅(qū)動板設計需要注意的事項，文末提供了RZ系列的兩個電機驅(qū)動的demo供參考。

1器件選型

選擇元器件時要全面檢查尺寸、價格、供貨情況、特性、額定參數(shù)、認證等。下面是通用器件的選擇原則。

電阻：

選擇電阻時，請注意以下幾點。

流過大電流的電阻，需要確認主要功率是否能滿足要求。

在高壓電路中，要考慮爬電距離、最大工作電壓、瞬時過載等因素，必要時考慮采用串聯(lián)方式。

檢查VBUS與GND等之間的爬電距離是否符合設計要求。對于施加高壓的部分，根據(jù)確定的爬電距離規(guī)則選擇元件尺寸。

電容：

選擇電容器時，請注意以下幾點。

原則上盡量選擇表貼器件（SMD）產(chǎn)品，而非雙列直插式封裝（DIP）產(chǎn)品。

一般來說，小容量的選擇陶瓷電容，大容量且有極性要求的選擇電解電容，大容量但無極性要求的選擇薄膜電容。

對于高容量、高耐壓的陶瓷電容（如1uF、25V及以上等），需考慮直流偏壓特性。（建議使用電壓為標稱容量值的7%及以上。）

注意電容的高度方向，確保其不會與外殼或其他元件發(fā)生干涉。

計算紋波電流并檢查是否存在問題。同時要考慮額定溫度、使用壽命等因素。

電感：

選擇電感時，請注意以下幾點(功率因數(shù)校正線圈和噪聲濾波線圈等大型線圈除外）。

盡量選擇表貼器件（SMD）產(chǎn)品，而非雙列直插式封裝（DIP）產(chǎn)品。

如有可能，選擇帶屏蔽的電感器以抑制噪聲。

選擇諧振頻率遠高于使用頻率的電感。

為減少損耗，選擇品質(zhì)因數(shù)（Q值）大的電感。

計算流過電感的電流峰值，確保不會發(fā)生磁飽和。

2電路設計

驅(qū)動板框圖

一個完整的電機驅(qū)動板功能框圖如下圖所示。AC100V~240V電源輸入到逆變器板后，通過 PFC（功率因數(shù)校正）電路對輸入電壓進行功率因數(shù)進行校正并升壓，然后通過逆變電路將其轉(zhuǎn)換為直流/交流，以驅(qū)動電機。一些電路板沒有配備PFC電路。

PFC電路介紹

PFC電路是一種用于改善功率因數(shù)并抑制輸入諧波電流的電路。通過提高功率因數(shù)，可以減少無功損耗，從而降低整流電路的總體損耗，但由于PFC電路本身也存在損耗，因此整體損耗并不會下降。

PFC電路大致可分為被動PFC、部分開關PFC和主動PFC。如果需要較高的功率因數(shù)，則采用主動 PFC。本文檔介紹了主動PFC（包括單路PFC和交錯并聯(lián)PFC）。

單路PFC由一組開關元件、二極管和電感組成，而交錯PFC則由兩組這樣的元件構(gòu)成。雖然開關頻率決于所使用的開關元件的特性，但通常設計為幾十千赫茲（kHz）。

逆變電路

逆變器電路是一種通過將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓來驅(qū)動電機的電路。

逆變電路可以使用智能功率模塊也可使用分立元件，如MOSFET，IGBT或者其他寬禁帶功率器件等。

逆變電路工作時，會有較大的開關電流流經(jīng) VBUS。因此，在靠近逆變器電路的VBUS上通常會放置一個約1微法（1μF）的薄膜電容器。

根據(jù)電路板布局的不同，開關操作可能會引起振鈴現(xiàn)象，因此在必要時可以添加吸收電路（Snubber Circuit）以降低噪聲。

過流檢測電路

當U、V和W三個相位中的任意一個電流超過閾值時，過電流檢測電路會判斷電流為過電流。

電流檢測電路

電流檢測是電機控制所必需的，可以通過采樣電阻或霍爾傳感器進行檢測。使用采樣電阻進行檢測時，可以使用三電阻檢測或者單電阻檢測。

采樣電阻可以高端放置或者低端放置，考慮到實際成本推薦放置在低端功率管和地之間。

在使用采樣電阻時信號采用差分方式或者使用delta-sigma電路，因為這樣可以最大限度地減少噪聲的影響。

3PCB布板

器件整體布局

整體布局時需要考慮如下幾點：

將電源系統(tǒng)、信號系統(tǒng)和電源供應分開，并進行元件布局。

元件布局應使大電流回路走向合理。

確定功率器件及散熱器的連接方式。

考慮高度限制，確保不超出外殼高度。

考慮產(chǎn)品名稱、型號等絲印位置，避免被遮擋。

鉆螺絲孔時，也要注意避開爬電距離。

下圖是一個驅(qū)動板的布局示例：

布線注意事項

電機驅(qū)動板是一個大電流開關的電路。大電流電路要注意采用粗且短的布線。高壓線路要保證爬電距離，并且注意不要并行布線。由于逆變器輸出線路在切換時會發(fā)生電位變化，應盡量避免在內(nèi)層和外層重疊，以免與其他線路產(chǎn)生電容耦合。具體需注意的要點如下：

1走線越寬越好。因為流經(jīng)電機驅(qū)動板的電流很大（有時超過10A甚至更大），所以應仔細考慮接入芯片的PCB走線寬度。

計算線寬時需要考慮到溫度的因素：走線寬度是電阻和電流等變量的函數(shù)，同時取決于允許的溫升。通常，允許在25°C的環(huán)境溫度下溫升10°C。如果電路板材料和設計允許，甚至可以允許溫升20°C。對于走線寬度我們可以用如下公式計算：

其中用于IPC-2221內(nèi)層時：k=0.024、b=0.44、c=0.725；

用于IPC-2221外層時：k=0.048、b=0.44、c=0.725，

k、b和c時由對IPC-2221曲線進行曲線擬合得出的常數(shù)。

2大電流線路換層時，需要根據(jù)電流大小放置足夠多的過孔，如下所示

過孔孔徑和通過電流之間的關系如下：

3大容量電容盡量靠近電源放置，大容量電容盡量選用低等效串聯(lián)電阻（ESR）的。

4電感晶振等器件的背面不要放置器件。

5旁路電容盡量靠近芯片電源和接地放置，引腳之間不要放置過孔。

6模擬信號和通信信號用地互相屏蔽。

7屏蔽線按等間隔設置過孔。

8為減小布線阻抗電流傳感器電阻應該靠近功率管放置。

4瑞薩電機驅(qū)動demo

下面是瑞薩提供的關于RZ產(chǎn)品系列的電機驅(qū)動demo，設計電路的時候可根據(jù)情況參考。（您可復制下方鏈接至瀏覽器，或掃描二維碼查看）

RZ/T2M-MOTOR-SOLUTION-KIT - RZ/T2M Motor Solution Kit | Renesas

https://www.renesas.com/en/design-resources/boards-kits/rz-t2m-motor-solution-kit

CN032-ACSERVO - RZ/T2M，RZ/T2L， RZ/N2L Motor Solution Kit (AC 220V Version) | Renesas

https://www.renesas.com/en/design-resources/reference-designs/cn032-acservo

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