电机控制器电路板布局布线参考指导（五）大容量电容和旁路电容的放置
- 1.大容量电容的放置
- 2.电荷泵电容器
- 3.旁路电容/去耦电容的放置
- 3.1 靠近电源
- 3.2 靠近功率器件
- 3.3 靠近开关电流源
- 3.4 靠近电流感测放大器
- 3.5 靠近稳压器
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1.大容量电容的放置
在电机驱动系统设计中，大容量电容器可大幅度减轻低频电流瞬变的影响，并存储电荷以在电机驱动器开关时提供所需的大电流。选择大容量电容器时，请考虑电机系统所需的最大电流、电源电压纹波以及电机类型。
使用大容量电解电容有助于从通过电机绕组的驱动电流中吸收低频的高值电流。根据应用要求，这些电容器通常大于 10µF。
应将所有大容量电容器靠近电源模块或电路板电源入口点放置。 建议每个大容量电容器都要有多个过孔，用于将焊盘连接到相应的电源平面。所有大容量电容器都要有低等效串联电阻 (ESR)。
2.电荷泵电容器
大多数电机驱动器件例如TI (DRVxx) 都使用电荷泵电容器或自举电容器来完全开关高侧 N 通道 MOSFET 的栅极。这些电容器应尽可能靠近电机驱动器件放置。在图中，C4 电容器是从 VM 到 VCP 引脚的电荷泵输出的电容，C7 电容器是电荷泵开关节点的电容。
3.旁路电容/去耦电容的放置
3.1 靠近电源
可使用旁路电容器将进入 DRV 器件电源引脚的高频噪声尽量降低。建议将电容器尽可能放置在靠近器件电源输入引脚和接地引脚的位置。如果没有尽量缩短旁路电容器和器件之间的布线长度，它们可能在高频下产生电感噪声，此时便需要由旁路电容器进行滤除。布线电感增加的阻抗会导致电源引脚上的电压或电流出现振铃，从而增加 EMI 并影响数字或模拟电路的性能。一种较好的做法是将具有较小电容值的电容器尽可能靠近器件放置，以最大限度地降低布线电感的影响。应在较小电容器之后连接具有较大电容值的电容器，因为随着电容值的增加，电
感将变得可以忽略不计。
使用的过孔越多，阻抗越低。强烈建议在电源层和接地层使用多个过孔。将过孔直接放置在电容器的安装焊盘上可能是最大限度地减小布线面积并仍然实现电流布线的有效方法。对于旁路电容器，请遵循以下指导原则：
• 不要在旁路电容器和有源器件之间使用过孔。将高频电流具体化，尽可能减少高频电流环路。
• 确保旁路电容器与有源器件位于同一层以便改善效果。不要在旁路电容器引脚和 IC 电源或接地引脚之间放置过孔。
• 将过孔布放到旁路电容器中，然后布放到有源器件中。
• 尽可能增加过孔的使用数量和布线的宽度以获得良好布局。
• 旁路电容器越近越好（小于 0.5cm/0.2 英寸）
• 不要使用大于 3:1 的长宽比。
3.2 靠近功率器件
对于功率级上的旁路电容，应使用小型陶瓷电容器来衰减由 MOSFET 开关操作引起的高频电流以及其他寄生电容。根据应用要求，这些电容器的电容值通常小于 10µF。
3.3 靠近开关电流源
这些电容器的正确布局和正确放置对于确保它们的有效性至关重要。在电容和开关电流源之间附加任何寄生电感都会降低它们的效果。理想情况下，应将电容器放置在尽可能靠近开关电流源的位置，本例中指的是电机和 MOSFET。图所示为基于上一个原理图示例的布局示例。
3.4 靠近电流感测放大器
对于集成了电流感测放大器 (CSA) 的器件，建议将额外的去耦电容器放置在尽可能靠近感测引脚的位置，并使用大约 1nF 的电容值。图所示为去耦电容器 C12、C13 和 C17。
3.5 靠近稳压器
对于带有稳压器的器件，应将电容器尽可能靠近引脚放置。最大限度地减少接地引脚的接地回路。如图 所示，C18 电容器尽可能靠近 DVDD 稳压器放置。
