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用于驅動不同電機電流的各種封裝選項

貿澤電子設計圈 ? 來源:YXQ ? 2019-08-07 15:58 ? 次閱讀
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本文主要討論特定終端應用需要考慮的具體注意事項,我們將從終端應用中用于電機驅動的FET著手展開討論。電機控制是30V-100V分立式MOSFET的一個龐大且快速增長的市場,特別是對于許多驅動直流電機的拓撲結構來說。在此,我們將專注于討論如何選擇正確的FET來驅動有刷、無刷和步進電機。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?由于電機控制往往頻率較低,因此與電源應用相比會產生較低的振鈴,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),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%的緩沖并非一個糟糕的規(guī)則——具體視你預期的振鈴次數(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鍵的決策,完全取決于設計的功率密度要求(參見圖1)。在2A以下,F(xiàn)ET經(jīng)常(但不總是)被吸收到驅動器集成電路(IC)中。在10A以下的步進電機和低電流有刷和無刷應用中,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:用于驅動不同電機電流的各種封裝選項(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,選擇電機驅動FET比選擇用于電源的FET更簡單,因為開關頻率較低決定了傳導損耗成為主要損耗。我并不是說可以完全忽略電源損耗中的轉換損失。相反,我們已經(jīng)看到了最壞情況,因為開關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損耗所帶來的繼發(fā)因素,因此不應成為你的首要考慮因素。圍繞超高失速電流設計的電動工具通常會使FET達到最大耐熱性,因此你所選封裝中的最低電阻器件是一個很好的起點。

在總結之前,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5mm×6mm QFN DualCool封裝(見圖2)的兩個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,同時為散熱器的應用提供外露金屬頂部,因此非常適合在空間受限的應用中應對更高的電流(40A或更多)。

圖2:堆疊芯片功率模塊機械故障

在為您的設計采用更大的TO封裝之前,不妨在其中一個電源模塊上運行數(shù)次,看看你是否可以同時節(jié)省PCB占用空間和散熱器尺寸。

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
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原文標題:電機控制:終端應用需要考慮的具體注意事項

文章出處:【微信號:Mouser-Community,微信公眾號:貿澤電子設計圈】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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