第5章 推奨配線及びレイアウト 内容 ページ 1. 応用回路例 ………………………………………………………………………. 5-2 2. プリント基板設計における推奨パターン及び注意点 ………………………….. 5-5 Fuji Electric Co., Ltd. MT6M10528 Rev.1.3 Jun.-2014 5-1 第5章 推奨配線及びレイアウト 1. 応用回路例 この章では、推奨配線とレイアウトについて説明しています。プリント基板設計時におけるヒントと注意事項につ いては、以下の応用回路例をご参照下さい。 図.5-1と図.5-2には、それぞれ2種類の電流検出方法での応用回路例を示しており、注意事項は共通となります。 ハイサイド駆動電源の基 準側は、U,V,W端子に直 接接続しますが、端子部 直近でモーター主配線か らすぐに分岐させ配線して 下さい。 ZD1 C4 C3 ZD1 C4 C3 ZD1 C4 VB(U) C3 VB(V) VB(W) IN(HU) 電源電圧(正) NC 36 3 5 P 7 32 3×HVIC IN VB 9 3×BSD Vcc OUT GND IN(HV) IN 10 +5V Vcc VB Vcc U Vs 30 6×IGBT 6×FWD OUT GND Vs IN VB V M 28 C6 IN(HW) VCCH 11 13 MPU COM GND 10kΩ 14 15 16 17 C1 C5 15V ZD2 18 19 GND 20 21 OUT Vcc 12 C1 IN(LU) IN(LV) IN(LW) VCCL VFO IS COM TEMP バルク容量 W Vs 26 LVIC UIN UOUT VIN N(U) 24 <C> WIN VOUT Vcc N(V) Fo R1 Ns 電源電圧(負) 23 IS WOUT GND N(W) TEMP 22 <A> R2 D1 C2 GND配線の引き回 しは、入力信号にノ イズを発生させ、 IGBT誤動作の原因 となります。 <B> この配線が長いと アーム短絡を起こ す可能性がありま すので、配線インダ クタンスは10nH以 下にして下さい。 この配線が長いと 過電 流検出レベルが変動し 過電流保護 誤動作の 原因になります。 図. 5-1 応用回路例１ (3相一括で電流検出する場合) Fuji Electric Co., Ltd. MT6M10528 Rev.1.3 Jun.-2014 5-2 第5章 推奨配線及びレイアウト ハイサイド駆動電源の基 準側は、U,V,W端子に直 接接続しますが、端子部 直近でモーター主配線か らすぐに分岐させ配線して 下さい。 ZD1 C4 C3 ZD1 C4 C3 ZD1 C4 VB(U) C3 VB(V) VB(W) IN(HU) 電源電圧(正) NC 36 3 5 P 7 32 3×HVIC IN VB 9 3×BSD Vcc OUT GND IN(HV) IN 10 +5V Vcc VB Vcc U Vs 30 6×IGBT 6×FWD OUT GND Vs 11 IN VB 12 Vcc V M 28 C6 IN(HW) VCCH C1 13 MPU COM GND 10kΩ 14 15 16 17 C1 15V C5 ZD2 GND 18 19 20 21 IN(LU) IN(LV) IN(LW) VCCL VFO IS COM TEMP バルク容量 OUT W Vs 26 LVIC UIN UOUT VIN N(U) 24 <C> 23 <C> 22 <C> R1 Ns WIN VOUT Vcc N(V) Fo 電源電圧(負) R1 IS WOUT R1 GND N(W) TEMP <A> R2 COMP OR <B> D1 C2 D1 C2 D1 C2 R2 COMP GND配線の引き回 しは、入力信号にノ イズを発生させ、 IGBT誤動作の原因 となります。 <B> R2 COMP <B> この配線が長いと アーム短絡を起こ す可能性がありま すので、配線インダ クタンスは10nH以 下にして下さい。 Vref=VIS(ref) この配線が長いと 過電 流検出レベルが変動し 過電流保護 誤動作の原 因になります。 図. 5-2 応用回路例2 (3相個別で電流検出する場合) Fuji Electric Co., Ltd. MT6M10528 Rev.1.3 Jun.-2014 5-3 <ご注意> 第5章 推奨配線及びレイアウト <注意事項> 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 本製品の入力信号はハイアクティブです。制御ICの入力回路には、プルダウン抵抗を内蔵しています。誤 動作防止の為、各入力配線は可能な限り短くしてください。RCフィルタをご使用される場合、入力信号が ターンオン及びターンオフ閾値電圧を満たすように設定して下さい。 本製品は、内蔵HVICにより、フォトカプラ若しくはパルストランス無しで直接マイクロプロセッサー(MPU)に 接続することができます。 アラーム出力は、オープンドレインタイプです。5V電源に10kΩ程度の抵抗でプルアップして使用下さい。 誤動作防止の為、(A)、(B)、(C)の配線は可能な限り短くして下さい。 過電流保護回路のR2-C2による時定数は、約1.5usになるように設定して下さい。また、過電流遮断時間は、 配線パターンにより変わる可能性があります。R2、C2は、温度補償用などばらつきの小さいものをご使用 するよう推奨いたします。 過電流保護回路の外部コンパレータ基準電圧は、IPMの過電流検出 閾値電圧と同じレベルに設定するこ とを推奨いたします。 過電流状態を瞬時に検出する為に、高速型コンパレータとロジックICを使用下さい。 スイッチング動作時にR1に負電圧が発生する場合、ショットキーバリヤーダイオードD1を接続することを推 奨いたします。 全てのコンデンサは可能な限り端子直近に実装して下さい(C1、C4は、温度特性・周波数特性・DCバイア ス特性に優れたセラミックコンデンサ、C3、C5は温度特性・周波数特性に優れた電解コンデンサをご使用 下さい)。 サージ電圧による破壊を防止する為にスナバコンデンサC6とP端子、Ns間の配線は可能な限り短くして下 さい。一般的にP端子とNs間に接続するスナバコンデンサの容量は0.1uFから0.22uFを推奨いたします。 2つのCOM端子( 9 & 16 pin)は”Compact-IPM”内部で接続されており、どちらかの端子を15V電源のGND 側に接続し、他の端子はオープンで使用して下さい。 サージ電圧による制御電源及びハイサイド駆動電源の破壊を防止するため、各相の電源端子に(ツェナー 電圧22V)のツェナーダイオードを接続することを推奨いたします。 基板パターン上で制御GNDがパワーGNDに接続された場合、パワーGNDの変動による誤動作が起きる可 能性があります。そこで、制御GNDとパワーGNDは1点グランドとすることを推奨いたします。 Fuji Electric Co., Ltd. MT6M10528 Rev.1.3 Jun.-2014 5-4 第5章 推奨配線及びレイアウト 2. プリント基板設計における推奨パターン及び注意点 ここでは、 プリント基板設計における推奨パターン配線と注意点について説明いたします。 図5-3から図5-7は、応用回路例(図.5-1、図.5-2)での推奨プリント基板パターン配線のイメージを 示しています。 これら図中で、システムからの入力信号は”IN(HU)”で表現します。 推奨パターンと注意点は以下の通りです。 (2)IPM周辺の全体設計 (A) 電位差が高い境界部分では、適切な沿面距離を確保して下さい。(必要に応じて境界のところにスリット を入れて下さい) (B) 伝導ノイズの増加を防止する為に、パワー入力(DCバス電圧)部とハイサイド駆動部の電源パターンは 分離して下さい。多層プリント基板を使用し、これらの配線をパターン上で交差させた場合は、配線間 の浮遊容量とプリント基板の絶縁性能にご注意下さい。 (C) システムの誤動作を防止する為に、ハイサイド駆動部の電源と各相の入力回路部のパターンは分離し て下さい。多層プリント基板をご使用される場合、これらの配線を交差させないようにして下さい。 各部の詳細は、次のページで説明します。 Explanatory notes Boundary between high potential difference slit in PWB PWB pattern snubber capacitor C SR + + Power supply for high side drive C Power GND NC electrolytic capacitor - - ZD R C SBD P VB(U) C C Power Supply IPM shunt resistor ceramic capacitor A VB(V) zener diode resister C VB(W) ZD C U C V A Schottky barrier diode Interface from system control, and power supply for driver IC in IPM R C C IN(HW) VCCH Jumper lead C C COM ZD W C IN(LU) SGND ZD ZD IN(HU) SGND C C IN(HU) TO Motor IN(LV) IN(LW) C VCCL SGND Over current protection VFO R IS COM SBD N(U) N(V) SR C N(W) TEMP Power input 注意) 入力信号は“IN(HU)”で表します。 図.5-3 推奨プリント基板配線のイメージ (IPM周囲の全体設計) Fuji Electric Co., Ltd. MT6M10528 Rev.1.3 Jun.-2014 5-5 第5章 推奨配線及びレイアウト (2)パワー入力部 Power Supply (A) スナバコンデンサをP端子とシャント抵抗のGND間 に可能な限り近接して配置して下さい。配線インダ クタンスによる影響を避ける為に、スナバコンデン サとP端子及びシャント抵抗間の配線は可能な限 り短くして下さい。 IPM Power GND NC bulk capacitor P (B) (B) バルクコンデンサからの配線とスナバコンデンサ からの配線は、P端子とシャント抵抗の直近で互い に分割して下さい。 U (C) パワーGNDとCOM端子からの配線は、1点グラン ドでシャント抵抗に接続し、可能な限り短くして下さ い。 (A) V C (D) シャント抵抗は低インダクタンス型をご選定下さい。 W (E) N(U),N(V),N(W)端子とシャント抵抗間の配線は可 能な限り短くして下さい。 (E) (D) (B) N(U) N(V) SR To IS terminal N(W) (3) ハイサイド駆動電源部 図.5-4 推奨プリント基板配線のイメージ (パワー入力部) (A) 配線インダクタンスによる影響を避ける為に、 VB(U,V,W)端子と電子部品(セラミックコン デンサ、電解コンデンサ、ツェナーダイオー ド)間の配線は可能な限り短くして下さい。 (B) アプリケーションにより適切なコンデンサを ご使用ください。特にVB(U,V,W)端子直近 にはセラミックコンデンサ又は低ESRのコン デンサを配置して下さい。 (C) 共通インピーダンスによる誤動作を避ける 為に、モータ出力への配線とVB(U,V,W)に 接続するコンデンサのマイナス電極側の配 線は、U,V,W端子直近で分割して下さい。 (A) IPM (B) (C) VB(U) VB(V) VB(W) (D) VB(U)とパワーGND(若しくは同電位)端子 間の浮遊容量が大きい場合、IGBTのター ンオンとターンオフ時の高いdV/dtの影響に より、VB(U) - U端子間電圧は過電圧また は負電圧になる可能性があります。そのた め、VB(U)とU端子間にツェナーダイオード を配置することを推奨いたします。またツェ ナーダイオードはVB(U)端子直近に接続し て下さい。(VB(V)、VB(W)もVB(U)と同じで す) (C) To COM terminal of interface part C ZD C U C ZD C V C ZD C W TO Motor (D) 図.5-5 推奨プリント基板配線のイメージ (ハイサイド駆動部電源) Fuji Electric Co., Ltd. MT6M10528 Rev.1.3 Jun.-2014 5-6 第5章 推奨配線及びレイアウト (4) インターフェイス部 (A) ハイサイド駆動電源部からのノイズの影響が 無視できない場合、入力信号とCOM端子間に コンデンサを配置してください。コンデンサのマ イナス電極は可能な限りCOM端子の近くの制 御GNDに接続して下さい。 (B) 本IPMは2つのCOM端子があり、IPM内部で 接続されていますが、どちらか片方を必ずご 使用下さい。 (C) VCCLとCOM配線間、VCCHとCOM配線間に電 解コンデンサとセラミックコンデンサを接続して ください。これらコンデンサは可能な限り各端 子の直近に接続して下さい。 (D) ノイズの影響を抑える為に、TEMP端子からの 出力信号は制御GNDと並走させて下さい。 C IN(HW) VCCH Jumper lead C COM IN(LU) SGND C IN(HU) IN(HU) SGND ZD (B) IN(LV) IN(LW) C VCCL SGND VFO IS COM Signal GND (SGND) To Shunt resister To Power GND TEMP (D) (E) システムからの制御GND配線とCOM端子か らの配線は1点グランドとして下さい。また、 1点グランドは可能な限りCOM端子の直近に 接続して下さい。 (C) R from system control and power supply for control IC フィルタ抵抗若しくはコンデンサを接続する場 合、IPM内部のプルダウン抵抗を考慮し、実機 で信号レベルをご確認下さい。 IPM (A) (E) 図.5-6 推奨プリント基板配線のイメージ (インターフェイス部) 注意) 入力信号は“IN(HU)”で表します。 Fuji Electric Co., Ltd. MT6M10528 Rev.1.3 Jun.-2014 5-7 第5章 推奨配線及びレイアウト (5) 過電流保護回路部 図5-1と図5-2に示すように、過電流状態を検出し、保護するための電流検出には二つの方法があります。一方は、 “3相一括で電流検出する方法” (図.5-7 (a)) ともう一方は、 “3相個別で電流検出する方法” (図.5-7 (b))です。 図.5-7 (a) (B) (C) (D) (B) To Snubber from system control シャント抵抗のGND側とCOM端 子間の配線は非常に重要です。 それは、制御ICの基準電位だけ ではなく、ハイサイドのブートスト ラップコンデンサの充電電流経路 とローサイドのIGBTのゲート駆動 電流経路の役割も果たします。そ こで、共通インピーダンスの影響 を最小限にする為に、可能な限り 配線を短くして下さい。 N(U) IS COM スイッチング時 IS端子に負電圧 が印加される場合、IS端子と COM端子間又はシャント抵抗と 並列にショットキーバリヤーダイ オードを接続して下さい。 SBD SR (C) C To Power GND N(W) TEMP (A) (a) 3相一括で電流検出する方法 IPM 過電流保護レベルの変動と誤動 作を避ける為に、IS信号の配線は 可能な限り短くして下さい。 スイッチング時の誤検出を防止す る為に、IS端子にRCフィルタを入 れて下さい。RCフィルタのコンデ ンサはCOM端子の直近の制御 GNDに接続して下さい。 N(V) R (D) (A) from system control (A) IPM N(U) C V+ IS COM V+IN + - -IN TEMP Jumper lead Voltage supply for comparator and logic IC C N(V) R SBD C N(W) SR To Snubber SR To Power GND SR (D) Comparator and "OR" logic IC Signal GND of comparator (B) (C) Reference voltage for OC (b) 3相個別で電流検出する方法 図.5-7 推奨プリント基板配線のイメージ(過電流保護部) 図.5-7 (b) (A) 過電流状態を瞬時に検出する為に、高速コンパレータとロジックICをご使用下さい。 (B) コンパレータに入力する基準電圧と制御GND間にコンデンサを接続して下さい。また可能な限りコンパ レータ直近に配置して下さい。 (C) COM端子の制御GND配線とコンパレータの制御GND配線は分割して下さい。 (D) COM端子の制御GND配線とコンパレータの制御GND配線は1点グランドとして下さい。1点グランドは 可能な限りシャント抵抗の直近に接続して下さい。 (E) その他の注意点と推奨パターンは図.5-7(a)と同じです。 回路定数決定の詳細については第4章2節をご参照下さい。 Fuji Electric Co., Ltd. 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