本文主要討論特定終端應(yīng)用需要考慮的具體注意事項(xiàng),我們將從終端應(yīng)用中用于電機(jī)驅(qū)動的FET著手展開討論。電機(jī)控制是30V-100V分立式MOSFET的一個(gè)龐大且快速增長的市場,特別是對于許多驅(qū)動直流電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來說。在此,我們將專注于討論如何選擇正確的FET來驅(qū)動有刷、無刷和步進(jìn)電機(jī)。盡管很少有硬性規(guī)定,且可能有無數(shù)種方法,但希望本文能讓您基于終端應(yīng)用了解從何處著手。
首先要做的也許是最簡單的是你確定是何種類型的擊穿電壓?由于電機(jī)控制往往頻率較低,因此與電源應(yīng)用相比會產(chǎn)生較低的振鈴,輸入電源軌與FET擊穿之間的裕度會更多(通常以犧牲使用緩沖器為代價(jià)),以獲得電阻更低的FET。但一般來講,BVDSS與最大輸入電壓VIN之間保留40%的緩沖并非一個(gè)糟糕的規(guī)則——具體視你預(yù)期的振鈴次數(shù)以及你愿意用外部無源元件抑制所述振鈴的數(shù)量而定,一般會多10%或少10%。
選擇封裝類型可能是最關(guān)鍵的決策,完全取決于設(shè)計(jì)的功率密度要求(參見圖1)。在2A以下,F(xiàn)ET經(jīng)常(但不總是)被吸收到驅(qū)動器集成電路(IC)中。在10A以下的步進(jìn)電機(jī)和低電流有刷和無刷應(yīng)用中,小尺寸PQFN器件(SON 2mm x 2mm,SON 3.3mm x 3.3mm)可以提供最佳功率密度。若您優(yōu)先考慮低成本而非更高的功率密度,那么采用老舊的SOIC型封裝即可勝任,但不可避免地會占用印刷電路板(PCB)更多的空間。
圖1:用于驅(qū)動不同電機(jī)電流的各種封裝選項(xiàng)(封裝未按比例顯示)
5mm×6mm QFN非常適合10A-30A小型電池供電工具和家用電器。除此之外,電流更高的電動和園藝工具傾向于并聯(lián)多個(gè)FET,或采用如D2PAK的大型封裝器件或如TO-220的通孔封裝。這些封裝可容納更多硅,從而降低電阻、提高電流能力和優(yōu)化散熱性能。在大型散熱器上安裝通孔封裝可實(shí)現(xiàn)更多損耗,并可消耗更多功率。
器件可耗散多少功率同樣取決于終端應(yīng)用和FET封裝的熱環(huán)境。盡管表面貼裝器件通常會通過PCB散熱,但你可以將其他封裝(如上述TO-220或TI的DualCool?功率模塊器件(下圖2))連接到散熱器,以便從電路板上吸熱,并增加FET可消耗的最大功率。
最后需考慮的因素是你面對的電阻。從某些方面來說,選擇電機(jī)驅(qū)動FET比選擇用于電源的FET更簡單,因?yàn)殚_關(guān)頻率較低決定了傳導(dǎo)損耗成為主要損耗。我并不是說可以完全忽略電源損耗中的轉(zhuǎn)換損失。相反,我們已經(jīng)看到了最壞情況,因?yàn)殚_關(guān)損耗最大也就是可以占到系統(tǒng)總電源損耗的30%。但這些損耗仍是傳導(dǎo)損耗所帶來的繼發(fā)因素,因此不應(yīng)成為你的首要考慮因素。圍繞超高失速電流設(shè)計(jì)的電動工具通常會使FET達(dá)到最大耐熱性,因此你所選封裝中的最低電阻器件是一個(gè)很好的起點(diǎn)。
在總結(jié)之前,我想重溫一下前面所述的功率模塊器件。40V CSD88584Q5DC和60V CSD88599Q5DC是采用單個(gè)5mm×6mm QFN DualCool封裝(見圖2)的兩個(gè)垂直集成的半橋解決方案。這些器件會加倍減小傳統(tǒng)分立式5mm×6mm器件所提供的單位占位面積的低電阻,同時(shí)為散熱器的應(yīng)用提供外露金屬頂部,因此非常適合在空間受限的應(yīng)用中應(yīng)對更高的電流(40A或更多)。
在為您的設(shè)計(jì)采用更大的TO封裝之前,不妨在其中一個(gè)電源模塊上運(yùn)行數(shù)次,看看你是否可以同時(shí)節(jié)省PCB占用空間和散熱器尺寸。
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電機(jī)驅(qū)動
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原文標(biāo)題:電機(jī)控制:終端應(yīng)用需要考慮的具體注意事項(xiàng)
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