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系列的兩個電機驅動的demo供參考。
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、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，根據確定的爬電距離規則選擇元件尺寸。
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）產品，而非雙列直插式封裝（DIP）產品。
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）產品，而非雙列直插式封裝（DIP）產品。
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，選擇品質因數（Q值）大的電感。
計算流過電感的電流峰值，確保不會發生磁飽和。
電路設計
驅動板框圖
一個完整的電機驅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（功率因數校正）電路對輸入電壓進行功率因數進行校正并升壓，然后通過逆變電路將其轉換為直流/交流，以驅動電機。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并抑制輸入諧波電流的電路。通過提高功率因數，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，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換為交流電壓來驅動電機的電路。
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 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。
根據電路板布局的不同，開關操作可能會引起振鈴現象，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。
PCB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、信號系統和電源供應分開，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。
下圖是一個驅動板的布局示例：
布線注意事項
電機驅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生電位變化，應盡量避免在內層和外層重疊，以免與其他線路產生電容耦合。具體需注意的要點如下：
1
走線越寬越好。因為流經電機驅動板的電流很大（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，同時取決于允許的溫升。通常，允許在25°C的環境溫度下溫升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。
2
大電流線路換層時，需要根據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：
孔徑（mm） | 電流（A） |
0.3 | 0.4 |
0.4 | 0.53 |
0.5 | 0.67 |
0.6 | 0.81 |
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。
瑞薩電機驅動demo
下面是瑞薩提供的關于RZ產品系列的電機驅動demo，設計電路的時候可根據情況參考。（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
如您在使用瑞薩MCU/MPU產品中有任何問題，可識別下方二維碼或復制網址到瀏覽器中打開，進入瑞薩技術論壇尋找答案或獲取在線技術支持。
https://community-ja.renesas.com/zh/forums-groups/mcu-mpu/
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END
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