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IR驱动芯片上的COM,为什么不直接叫GND?

10小时前
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看早期IR半桥驱动芯片的手册,有个小细节:大家习惯叫“地”的引脚,它标的是COM。

后来接触其他驱动器,又会看到GND、VSS等名字。画原理图时,往往顺手拉到地符号上,事情就算结束了。

但我觉得,COM这个名字值得多看一眼。它提醒我们的,不是某个地符号,而是一个问题:驱动器输出的电压,到底以谁为参考?

MOS管认的是栅源电压

看这张IR手册里的典型连接图,高边驱动有VB、HO、VS,低边则是VCC、LO、COM。

高边MOS的源极连在半桥中点,电位随着开关变化。所以高边驱动以VS为参考,自举电容也接在VB与VS之间。

低边的道理并没有变。MOS管是否导通,看的是栅极与源极之间的电压:VGS=VG-VS。

IR2104手册把COM定义为低边回流端。图中低边源极直接接到COM所在节点,因此LO相对COM的驱动电压,也就近似是MOS实际得到的VGS。

这个“回流”不是一个抽象说法。驱动器开通MOS时,要给栅极充电;关断时,又要把电荷放掉。电流都有来路,也都得有回路。我们画图时看到的是一根控制线,板子工作时跑的却是一个脉冲电流回路。

这时候,把COM叫作“地”,通常不容易出问题。

串入采样电阻,事情就变了

做电机电流采样时,低边MOS源极下面可能还串着一个采样电阻。于是,源极与母线负端不再是同一个节点。

举个假设的例子:5mΩ采样电阻流过40A电流,两端就有0.2V压降。假设驱动器COM接在电阻下端,LO相对COM输出12V,而源极比COM高出0.2V,那么MOS实际得到的VGS就是11.8V。

这点直流差值未必严重,真正需要注意的是开关瞬间。源极公共路径上的寄生电感会产生L·di/dt压降,驱动器看到的参考点,与MOS真正的源极可能发生瞬态偏移。

关断时也是一样。LO相对COM已经拉到接近0V,不代表栅极相对源极也始终是0V。源极一旦相对COM跳动,实际VGS就可能出现正向或负向尖峰。正向尖峰足够大,可能引起误导通;负向尖峰过大,也可能超过器件允许范围。具体幅度要靠实测,不能只看PWM逻辑对不对。

原理图上都叫GND,不代表PCB上的瞬时电位就相同。

COM这个名字,对我来说更像一个提醒:这里有驱动电流要回来,不能只想着“找块地接上”。

那就把COM直接接到源极?

也不能这么简单。

对IR2104这类器件,COM还关系到逻辑输入和供电参考。如果把它搬到采样电阻上端,MOS源极的变化也会叠加到芯片参考端。MCU输入电平的裕量、VCC与COM之间的电压,以及自举充电路径,都要重新检查。

所以,对IR2104而言,COM不是一个可以随意浮动、与逻辑侧无关的独立源极参考端。 有采样电阻以后该接哪一侧,不能只凭引脚名字决定,要按具体芯片的参考电路、输入范围和供电架构来设计。

不过,确实有芯片把低边驱动回流端和逻辑地分别引出来。 比如IR2110,同时有COM和VSS:COM负责低边驱动回流,VSS是逻辑电源回流端。TI的UCC27714也提供分开的COM和VSS,分别作为低边驱动回流端和逻辑地。

这种设计给布局多留了一个选择:在手册允许的连接方式下,驱动回流可以就近参考MOS源极,逻辑输入则参考MCU所在的逻辑地,减少驱动脉冲电流对逻辑参考的干扰。它不是换了个名字,而是把两种回流的引脚真正分开了。

但分开引脚不等于电气隔离,更不意味着两端可以任意拉开电位差。COM与VSS之间的允许电压、驱动电源的去耦,以及采样电阻的接法,仍要按具体型号的手册处理。不能把这种芯片的接法,直接套到只有一个公共参考端的器件上。

真正落到板子上,更值得做的是:缩短栅极驱动及回流路径,把去耦电容贴近驱动器;减少驱动回路与大电流路径共用的阻抗;采样电阻采用Kelvin取样。注意,采样用的Kelvin线和驱动回流线不是一回事,不能让栅极充放电电流经过细小的采样检测线。

这些要求也不是让人把地平面随意割开。关键是沿着电流路径看:哪些铜皮承担功率电流,哪些路径承担驱动回流,敏感的采样信号又从哪里取参考。几个节点最后连在一起,不代表它们可以随意共用一段细长走线。

调试时也别只看栅极对系统地的方波。要用额定值合适的差分测量方式,检查真正的VGS;不能为了测一个浮动节点,就把普通接地示波器的地夹随意夹上去。

这张图底下其实已经写明:它只表示电气连接,PCB布局还要看应用说明。线在图上连到一起,不等于板上怎么绕都一样。

至于后来有些芯片把引脚叫GND,不能据此判断厂家没有重视;也不是所有后来的器件都放弃了COM。名称不同,回流与参考电位的问题一样存在。

COM也好,GND也好,真正要接对的不是名字,而是驱动电流的回路,以及MOS源极的参考电位。

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