本文從器件選型、原理圖設(shè)計(jì)及PCB layout等幾個(gè)方面全面的介紹電機(jī)驅(qū)動(dòng)板設(shè)計(jì)需要注意的事項(xiàng)，文末提供了RZ系列的兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的demo供參考。

1器件選型

選擇元器件時(shí)要全面檢查尺寸、價(jià)格、供貨情況、特性、額定參數(shù)、認(rèn)證等。下面是通用器件的選擇原則。

電阻：

選擇電阻時(shí)，請(qǐng)注意以下幾點(diǎn)。

流過大電流的電阻，需要確認(rèn)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(shí)過載等因素，必要時(shí)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(shè)計(jì)要求。對(duì)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(shí)，請(qǐng)注意以下幾點(diǎn)。

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(duì)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(biāo)稱容量值的7%及以上。）

注意電容的高度方向，確保其不會(huì)與外殼或其他元件發(fā)生干涉。

計(jì)算紋波電流并檢查是否存在問題。同時(shí)要考慮額定溫度、使用壽命等因素。

電感：

選擇電感時(shí)，請(qǐng)注意以下幾點(diǎn)(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(yuǎn)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(jì)算流過電感的電流峰值，確保不會(huì)發(fā)生磁飽和。

2電路設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)板框圖

一個(gè)完整的電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(duì)輸入電壓進(jìn)行功率因數(shù)進(jìn)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(dòng)電機(jī)。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(huì)下降。

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

單路PFC由一組開關(guān)元件、二極管和電感組成，而交錯(cuò)PFC則由兩組這樣的元件構(gòu)成。雖然開關(guān)頻率決于所使用的開關(guān)元件的特性，但通常設(shè)計(jì)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(dòng)電機(jī)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(shí)，會(huì)有較大的開關(guān)電流流經(jīng) VBUS。因此，在靠近逆變器電路的VBUS上通常會(huì)放置一個(gè)約1微法（1μF）的薄膜電容器。

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

過流檢測(cè)電路

當(dāng)U、V和W三個(gè)相位中的任意一個(gè)電流超過閾值時(shí)，過電流檢測(cè)電路會(huì)判斷電流為過電流。

電流檢測(cè)電路

電流檢測(cè)是電機(jī)控制所必需的，可以通過采樣電阻或霍爾傳感器進(jìn)行檢測(cè)。使用采樣電阻進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以使用三電阻檢測(cè)或者單電阻檢測(cè)。

采樣電阻可以高端放置或者低端放置，考慮到實(shí)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(shí)信號(hào)采用差分方式或者使用delta-sigma電路，因?yàn)檫@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(shí)需要考慮如下幾點(diǎn)：

將電源系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)和電源供應(yīng)分開，并進(jìn)行元件布局。

元件布局應(yīng)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(hào)等絲印位置，避免被遮擋。

鉆螺絲孔時(shí)，也要注意避開爬電距離。

下圖是一個(gè)驅(qū)動(dòng)板的布局示例：

布線注意事項(xiàng)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)板是一個(gè)大電流開關(guān)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(shí)會(huì)發(fā)生電位變化，應(yīng)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(diǎn)如下：

1走線越寬越好。因?yàn)榱鹘?jīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的電流很大（有時(shí)超過10A甚至更大），所以應(yīng)仔細(xì)考慮接入芯片的PCB走線寬度。

計(jì)算線寬時(shí)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(shí)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(shè)計(jì)允許，甚至可以允許溫升20°C。對(duì)于走線寬度我們可以用如下公式計(jì)算：

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

用于IPC-2221外層時(shí)：k=0.048、b=0.44、c=0.725，

k、b和c時(shí)由對(duì)IPC-2221曲線進(jìn)行曲線擬合得出的常數(shù)。

2大電流線路換層時(shí)，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(guān)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(hào)和通信信號(hào)用地互相屏蔽。

7屏蔽線按等間隔設(shè)置過孔。

8為減小布線阻抗電流傳感器電阻應(yīng)該靠近功率管放置。

4瑞薩電機(jī)驅(qū)動(dòng)demo

下面是瑞薩提供的關(guān)于RZ產(chǎn)品系列的電機(jī)驅(qū)動(dòng)demo，設(shè)計(jì)電路的時(shí)候可根據(jù)情況參考。（您可復(fù)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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