5 布板空间、热性能和其他注意事项

栅极驱动器有助于减小布板空间的主要原因在于其封装。

例如，假设有一种三相 BLDC 电机驱动器配置。使用具有大封装的驱动器时，可能很难让驱动器 IC 相对于三个电源开关之间实现均匀间距，因此会导致其中一个信号出现相位差。紧凑的半桥驱动器有助于最大限度减小驱动器与电源开关之间的间距。最大限度缩短驱动器与开关之间的 PCB 布线有助于减弱布局产生的寄生效应。图 5-1 展示了一个 BLDC 布局示例，其中包含采用 2mm x 2mm WSON 封装选项的 LM2105 器件 LM2105DSGR（U1、U2 和 U3）。

图 5-1 使用三个 LM2105DSGR 半桥驱动器的 BLDC 电机驱动器 PCB 布局示例

栅极驱动器的某些功能还可以消除对外部电路的需求，因此可以进一步减少元件的数量，进而减小整体尺寸。例如，UCC27624 等器件中的集成负电压容差和反向电流处理能力有助于消除驱动器输入和输出端的钳位二极管。

半桥设计通常利用由电容器、电阻器和二极管组成的自举电路。节省布板空间的另一种方法是选择在驱动器内集成了自举二极管（和电阻器）的半桥驱动器。对于此类驱动器，电路板上唯一需要的自举元件是电容器。

诸如步进电机驱动器之类的应用通常需要来自微控制器的许多信号。因此，还需要注意尽量减少栅极驱动器所需的 PWM 输入数量。在这些情况下，请选择具有单 PWM 兼容性的栅极驱动器，这种兼容性通常通过以下两种方式之一实现：

• 一个输入引脚（PWM 或 IN，或者命名为高侧输入 HI 或 INH）。此引脚与第二个可选输入（如用于使能或关断功能的 EN 或 SD）配对。请参阅图 5-2 中使用半桥驱动器 LM2104 的示例。

• 高侧输入引脚（HI 或 INH）与反相 低侧输入（nLI 或 nINL）配对。请参阅图 5-2 中使用半桥驱动器 LM2103 的实施示例。

图 5-2 使用 LM2103、LM2104 的不同输入配置示例

栅极驱动器在多个此类元件组合在一起时特别有助于减小尺寸。例如，LM2105（105V、0.5A/0.8A 半桥驱动器）具有集成的自举二极管和 -18V 负瞬态电压能力（在 V_HS 上），全都采用 2mm x 2mm WSON 封装（TI 封装名称为“DSG”）。

除了节省布板空间外，DSG 封装等小型封装还具有散热优势。例如，在 BLDC 系统中，三个半桥驱动器均使用紧凑型封装，可使每个驱动器分别进行功率耗散（而不是全部三相都通过一个较大的封装进行功率耗散）。DSG 封装还包括一个散热焊盘，有助于进行额外的功率耗散并进一步提高热效率。

为了量化这种热性能的改善，本示例对 LM2105 的 SOIC（“D”）封装和 WSON（“DSG”）封装进行了比较。可以使用结温和环境温度以及结至环境热阻 (R_ϴJA) 来计算栅极驱动器中的最大功率耗散 (P_MAX)，如器件数据表的热性能信息 一节所述：

在结温 (T_J) 和环境温度 (T_A) 相同的条件下，LM2105 各型号的最大功率耗散与 R_ϴJA 成反比。D 封装版本的 R_ϴJA 大约是 DSG 封装版本的 1.7 倍（分别为 133.2 和 78.2）。因此，在相同的温度条件下，DSG 封装版本的功率耗散最多是 SOIC 封装版本的 1.7 倍。有关热指标的更多信息，请参阅半导体和 IC 封装热指标 应用手册。