玩具无人机、扫地机器人、小型工业执行器等设备调试中,空载运行一切正常,带上负载后转速不稳、机身剧烈抖动,负载越大故障越明显,测量空载电压达标,带载瞬间电压大幅跌落。本质是驱动芯片带载能力,与负载峰值电流不匹配,很多新手朋友混淆持续电流,与峰值电流参数,选型阶段预留余量不足。
驱动芯片输出电流分为持续额定电流,与瞬时峰值电流,电机启动、灯光全亮瞬间会产生几倍于稳态的冲击电流,芯片内部功率MOS管输出峰值电流存在上限,峰值电流超出芯片驱动能力时,栅极电压无法快速充放电,功率管导通不完全,等效内阻急剧升高,输出电压被持续拉低,负载获得的平均功率不足,运行出现抖动、无力。直流有刷电机、步进电机、多串LED灯串都是峰值电流冲击明显的负载类型。
电源储能元件容量不足,会放大带载缺陷,即便驱动芯片电流参数达标,输入侧电容容量偏小,负载冲击瞬间无法释放充足电能,供电电压快速跌落,芯片供电低于最低工作阈值,内部控制逻辑短暂失锁,输出功率周期性中断,设备持续抖动。双路同步驱动设备故障概率更高,两路负载同时启动时峰值电流叠加,电压跌落幅度翻倍,很容易触发芯片欠压保护,设备直接停机。
PCB布局寄生参数,会进一步削弱带载表现,功率走线细、走线过长,线路寄生电阻分压,负载端实际获得电压低于芯片输出电压,等效降低芯片有效带载能力,接地走线环路面积过大,开关电流产生的地弹噪声干扰电流采样,芯片限流逻辑误启动,主动压低输出电流。部分电路设计时驱动芯片与负载距离过远,长线缆寄生电感阻碍瞬时电流供给,冲击工况下电流供给滞后,负载动力输出断层。
解决带载不足问题需要从选型、电源、布线三层优化,选型时按照负载峰值电流预留50%以上余量,不能仅参考稳态持续电流数值,多通道同步负载优先选用多路独立驱动芯片,分担峰值电流压力。
输入供电回路加大滤波电容容量,高低容值电容并联,提升瞬时储能释放能力,缩短驱动芯片到负载的功率走线,加宽铜箔厚度,缩小接地环路面积。电池供电便携设备可增加一级升压稳压电路,稳定驱动输入电压,避免电池压降加剧带载短板,经过多层优化后,负载启停、满负荷运行都能保持电压稳定,彻底消除抖动、动力不足现象。