JAJU941B August   2024  – May 2025 DRV8162 , INA241A , ISOM8710

 

  1.   1
  2.   説明
  3.   リソース
  4.   特長
  5.   アプリケーション
  6.   6
  7. 1システムの説明
    1. 1.1 リファレンス デザインの概要
    2. 1.2 主なシステム仕様
  8. 2システム概要
    1. 2.1 ブロック図
    2. 2.2 設計の考慮事項
      1. 2.2.1 ハードウェア設計
        1. 2.2.1.1 出力段ゲート ドライバ
          1. 2.2.1.1.1 ゲート ドライバ
          2. 2.2.1.1.2 保護機能
          3. 2.2.1.1.3 VGVDD の定義
          4. 2.2.1.1.4 ストラップ機能
        2. 2.2.1.2 出力段 FET
          1. 2.2.1.2.1 VGS と RDS(ON) との関係
        3. 2.2.1.3 相電流および電圧センシング
          1. 2.2.1.3.1 A 相および B 相の電流検出
          2. 2.2.1.3.2 C 相の電流検出
          3. 2.2.1.3.3 電圧検出
        4. 2.2.1.4 ホストプロセッサインターフェイス
        5. 2.2.1.5 ゲート ドライブのシャットダウン パス
        6. 2.2.1.6 システム診断測定
          1. 2.2.1.6.1 温度測定
        7. 2.2.1.7 システムの電源
          1. 2.2.1.7.1 12V レール
          2. 2.2.1.7.2 3.3V レール
      2. 2.2.2 ソフトウェア設計
    3. 2.3 主な使用製品
      1. 2.3.1 DRV8162L
      2. 2.3.2 INA241A
      3. 2.3.3 AMC0106M05
      4. 2.3.4 TPSM861253
      5. 2.3.5 LMR38010
      6. 2.3.6 TMP6131
      7. 2.3.7 ISOM8710
  9. 3ハードウェア、ソフトウェア、テスト要件、テスト結果
    1. 3.1 ハードウェア要件
      1. 3.1.1 PCB の概要
      2. 3.1.2 ハードウェアの構成
        1. 3.1.2.1 前提条件
        2. 3.1.2.2 デフォルトの抵抗およびジャンパ構成
        3. 3.1.2.3 コネクタ
          1. 3.1.2.3.1 ホストプロセッサインターフェイス
    2. 3.2 テスト設定
    3. 3.3 テスト結果
      1. 3.3.1 パワー マネージメント
        1. 3.3.1.1 パワーアップ
        2. 3.3.1.2 パワーダウン
      2. 3.3.2 ゲート電圧と相電圧
        1. 3.3.2.1 20 VDC
        2. 3.3.2.2 48 VDC
        3. 3.3.2.3 60 VDC
      3. 3.3.3 デジタル PWM およびゲート電圧
      4. 3.3.4 相電流の測定
      5. 3.3.5 システムのテスト結果
        1. 3.3.5.1 熱解析
  10. 4設計とドキュメントのサポート
    1. 4.1 デザイン ファイル
      1. 4.1.1 回路図
      2. 4.1.2 BOM
    2. 4.2 ツールとソフトウェア
    3. 4.3 ドキュメントのサポート
    4. 4.4 サポート・リソース
    5. 4.5 商標
  11. 5著者について
  12. 6改訂履歴

1 システムの説明

DC 電力で動作するモーター ドライブ用の多くの低電圧、3 相インバータは、24V〜60V DC のレールから電力が供給されます。ロボットシステムでは、実装する機能に応じて、モーターの電力定格は一般的に 200W、400W、750W、1.5kW、2.5kW ですが、それ以上になる場合もあります。これらのモーターには、モーター ドライブの電流定格に関して異なる要件があります。

この設計は、48V DC 入力、1.5kW～4kW のモーターをサポートしています。定格出力電流は約 32ARMS〜85ARMS で、場合によっては最大約 100ARMS に達することもあります。

このような出力段の設計において高効率が重要な目標となります。高効率を達成できれば PCB サイズを小さくすることができ、ドライバを統合型モータードライブシステムのシェルに収容できます。この場合、電力段が放熱用のヒートシンクとして使用できるのはシェルのみです。

本設計で小型の PCB サイズを実現するために、スマートゲートドライバ DRV8162L は電力段の貫通電流、過電流、短絡障害に対する保護機能を統合しており、大いに貢献しています。デッド タイム挿入付き VGS ハンドシェイクをイネーブルにすると、貫通電流の発生を防止できます。

システムの効率と EMI 性能を最適化するため、DRV8162L には外部回路を追加せずに出力のソース/シンク電流をプログラムできます。

ドライブが最高の効率でモータを制御できるように、高い同相除去比、ゼロドリフトを特長とする電流検出アンプ INA241A を使用した同相シャントベースの電流検出を採用しています。アンプのゲインが高いので、0.2mΩ シャントを使用して ±165A の線形検出範囲をサポートします。低抵抗のシャント選択は、システムの高効率にも寄与します。C 相では、機能絶縁型デルタシグマ変調器 AMC0106M05 を 0.3mΩ シャント抵抗とともに使用して電流を検出します。MCU 内のデジタル sinc 3 デシメーションフィルタを使用して動作すると、線形電流測定範囲は ±167A に達します。

追加のフィードバックには、DC バス電圧および PWM をフィルタリングした 3 相電圧が含まれており、InstaSPIN-FOC™ モーターのような高度なセンサレス制御の検証が可能になります。

モーターを安全に停止し、予期しない起動を防止できるようにシステムを設計することは、ロボットやファクトリ オートメーションのアプリケーションにおいて重要な要件です。これらのシステム レベル要件を支援し、いわゆるセーフ トルク オフ (STO) 機能を実現するため、このリファレンス デザインでは、モーターの予期しない起動を防止できるゲート ドライバのシャットダウン パスのさまざまな組み合わせを提案しています。