电机驱动论坛顶部常见问题解答：电气过载

“魔法烟雾”是过热电子电路和组件产生的腐蚀性烟雾的非正式术语。几乎每个电气工程师都说过这些话，通常是在他们忘记调整电源电压电平或意外将电压轨短路到逻辑引脚时。

此事件的技术原因是电气过载 (EOS)；虽然人为错误是常见的原因，但还有其他更微妙的可能原因。EOS 通常是发布到TI E2E™ 社区电机驱动器论坛的一些最常见问题的背后原因，包括以以下开头的问题：“我的电机驱动器已停止正常工作”、“我的电机驱动器已损坏”和“我的电机不再旋转。” 我将概述 EOS 是什么，并列出电机驱动系统中一些常见的 EOS 来源。在我的下一篇文章中，我将讨论几种方法来帮助我们防止电机驱动系统中的 EOS。

EOS是一个术语，用于描述当IC受到超出器件规格限制的电流或电压时可能发生的热损坏。EOS事件可能会降低IC的性能或导致永久性功能故障。EOS比ESD慢得多，但相关能量非常高。

在半导体环境中，电过载（EOS）这一术语用于说明当电子器件承受的电流或电压超出器件的规范限值时可能发生的一种现象。电过载可能会对整个器件或器件的一部分造成热损坏。热损坏是因发生EOS事件期间产生过多热量而引起。当器件承受高电压或高电流时，器件内的连接会发生电阻加热，从而使温度过高。通常，过多热量处于施加电气应力的区域周围。这会导致器件损坏，并且大多数情况下，这种损坏肉眼可见。EOS可能因单次非重复性事件或者持续的周期或非周期事件而引起。EOS事件可以是瞬时事件（仅持续几毫秒），在满足条件的情况下也可以是持续事件。EOS能量耗尽后，器件可能永久损坏，也可能无法正常工作或者只有一部分可以正常工作。

热损坏是EOS事件期间产生的过多热量的结果。EOS事件中的高电流会在低阻抗路径中产生局部高温。高温损坏器件材料，如栅极氧化物和互连，导致金属烧毁。

EOS 是当电子设备受到超出该设备指定限制的电流或电压时发生的热损坏。热损坏通常是由 EOS 事件期间产生的过热（电阻上的高电流）引起的。高温会损坏用于构建集成电路的材料，从而导致其操作遭到破坏或永久性改变。

既然我们知道 EOS 是什么，那么我们如何知道指定的限制是什么？为此，我们必须检查电子设备数据表中的绝对最大额定值表（参见DRV8701 数据表中的表 1 ）。绝对最大额定值是可能发生永久性损坏的规格。绝对最大额定值与数据表中推荐的工作条件不同；如果超出这些规格，设备可能会继续运行，只是在数据表限制之外的规格。违反表 1 的示例是 VM 电源引脚由于电源轨上的瞬态事件而达到 50 V。

表 1：DRV8701 的绝对最大额定值表

那么电机驱动系统中常见的 EOS 来源有哪些？

电源过压

最常见的 EOS 来源之一是设备电源输入上的过压事件。电源过压可能由电机再生（如前一篇文章中所述，图 1 中的示例）或系统的外部事件（如组件故障）引起。了解过压事件的起源需要在所有可能的内部和外部工作条件下监控系统电源轨。

图 1：电源过压瞬态

开关瞬变

电机驱动系统中另一个常见的 EOS 来源是暴露于与功率 MOSFET 开关相关的电压瞬变。在理想的半桥开关系统中，电压将在地和电源之间交替（图 2）。然而，在现实世界中，功率 MOSFET 和印刷电路板 (PCB) 布局中的寄生效应会导致电压瞬变低于接地电压或高于电源电压（图 3）。

图 2：理想的半桥驱动器

图 3：具有寄生效应的半桥驱动器

MOSFET过电流

我要提到的最后一个 EOS 事件与功率 MOSFET 的过流有关。TI 的集成电机驱动器结合了过流和过热保护功能，可防止 EOS 出现过流情况。我在上一篇文章中详细讨论了这些，但对于使用带有外部功率 MOSFET 的栅极驱动器的系统，我们必须注意不要违反 MOSFET 安全工作区域。功率 MOSFET 数据表通常包含安全工作区 ( SOA) 曲线（如图 4 所示）。功率 MOSFET 中的过大电流最终会导致器件或其封装的热损坏。

图 4：CSD18540Q5B 最大安全工作区

在我的下一篇文章中，我将讨论一些常见的解决方案，以防止电机驱动系统中出现 EOS。这些范围从外部保护组件到简单的设计考虑。