【经验】轨道交通门机驱动设计攻略之—驱动芯片篇

时间： 2019-07-27 来源：世强作者：honglei

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轨道交通门机驱动的电机选择通常为直流电机，且为双电机控制安全门/屏蔽门的开启和关闭，其驱动系统的工作电压不高，一般为24V，驱动设计有两种方案可选：

1）隔离驱动芯片+分立的MOSFET或MOSFET模块，而隔离驱动芯片输出为H桥驱动，驱动三相直流电机需要3颗隔离驱动芯片+6颗分立的MOSFET或6六合一MOSFET模块；

2）1颗高集成隔离驱动芯片（可输出三相全桥驱动信号）+6颗分立的MOSFET或6六合一MOSFET模块。

本文主要介绍第一种设计方案，即隔离驱动芯片+分立的MOSFET设计。这里的隔离驱动芯片是选用SILICON LABS容耦隔离驱动芯片Si8230BD-D-IS+SHINDENGEN的分立MOSFET P30B10EL（规格100V/30A）实现门机驱动设计。如下图1为Si8230BD-D-IS半桥驱动设计参考电路，针对Shindengen的分立MOSFET P30B10EL的电性参数这里不做详细介绍，感兴趣的可以直接在世强元件电商平台上搜索器件型号下载数据手册了解即可。

图1：Si8230BD-D-IS半桥驱动设计参考电路

参考电路设计说明：

D1和CB组成一个传统的自引导电路，允许VOA作为Q1的高侧驱动器工作，而Q1的最大漏电压可支持到1500V（而本设计的工作电压为24V）。自引导启动时间取决于选择的CB电容。VOB作为传统低侧驱动器连接，VDD2与VDDB相同。需注意，VDD1输入侧工作电压要求在4.5V至5.5V范围内，而VDDA和VDDB输出侧供电必须根据各自的接地点在6.5至24V之间。

推荐在SI8230BD-D-IS输入侧使用0.1μF和1μF的旁路电容器，并且这些电容器应尽可能靠近芯片。另外，推荐在Si8230BD-D-IS输出侧使用0.1μF和10μF的旁路电容器，这些电容器同样应尽可能靠近芯片，以降低高频噪声并使性能最大化。

Si8230BD-D-IS是通过VIA和VIB输入信号实现控制，其输入波形和输出波形请参考如下图二所示。

图2：Si8230BD-D-IS高侧/低侧双输入驱动器的输入/输出波形

如何避免设计时，输入波形VIA和VIB不出现重叠。这里还要讲下Si8230BD-D-IS可提供可编程死区时间和重叠保护功能，以防止输出VOA和VOB同时为高。为达到设计的绝对防呆设计，在VOA和VOB瞬态间添加了用户可编程的延时，又称可编程死区时间。启用后，死区时间应用于所有瞬态，即使是在重叠恢复后。死区时间延时量（DT）由按从DT输入接地的一个电阻（RDT）编程。请参考如下公式1，当然死区时间引脚可连接到VDDI或保持浮动以便在约400ps下提供额定死区时间。

公式1：死区时间与可编程电阻RDT之间的关系

看到这里，相信大家还有一点困惑，Si8230BD-D-IS容耦隔离驱动芯片的产品特性具体是怎么的呢？

Si8230BD-D-IS容耦隔离驱动芯片是将两个独立、隔离的驱动器集成到一个封装内，可实现半桥驱动。其峰值输出电流为0.5A，UVLO电压为8V，安全隔离电压为5KVrms，工作温度为-40℃~125℃，SOIC-16宽体封装，驱动器的最大供电电压为24V。

这里，我在替设计者提出一个问题，Si8230BD-D-IS驱动器的供电电压最大为24V，如果出现短时超过24V供电电压，那么驱动器是否会被烧毁导致永久失效呢？

Si8230BD-D-IS驱动器端供电电压VDDx（VDDA，VDDB）是有绝对最大额定值的，其规格VDDxmax为30V，如果超出这个最大额定值（30V）可导致器件永久失效。而如果驱动器端供电电压VDDx短时超过24V小于30V，即24V＜VDDx＜30V，在此区间工作期间本身也不会出现问题。但是如果长期超过最大绝对额定值30V，是会影响到影响器件的可靠性的。故在实际工作时，建议保持在工作电压条件下。

总结：

选用Silicon labs容耦隔离驱动芯片Si8230BD-D-IS+Shindengen的分立MOSFET P30B10EL（规格100V/30A）实现门机驱动设计方案，可为轨道交通门机驱动设计提供高可靠的安全性能，使设计便于实现，大大缩短研发时间，同时此设计方案已经在国内有成功的设计案例，具有明显的成本优势。

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小蝴蝶 Lv6. 高级专家 2021-07-13

学习了
用户_0920 Lv4 2018-05-10

干货，学习了
BATI Lv7. 资深专家 2017-08-17

SILICON LAB产品应用真的太广了，质量也是一流的

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