如何給運(yùn)動(dòng)控制選擇Mosfet驅(qū)動(dòng)器，你知道嗎？

你知道如何給運(yùn)動(dòng)控制選擇Mosfet驅(qū)動(dòng)器嗎?工程師們經(jīng)常使用柵極驅(qū)動(dòng)器或“前置驅(qū)動(dòng)器”IC以及n通道功率mosfet來提供驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的高電流。重要的是要考慮與選擇驅(qū)動(dòng)電路、mosfet以及某些情況下相關(guān)的無源元件相關(guān)的所有設(shè)計(jì)考慮。通常，這個(gè)過程很難理解，實(shí)現(xiàn)也不是最優(yōu)的。讓我們開始討論簡(jiǎn)單的方法來選擇元件的預(yù)驅(qū)動(dòng)/功率MOSFET電路，并由此產(chǎn)生的系統(tǒng)性能。

從電機(jī)規(guī)格開始

設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)——無論是用于電刷電機(jī)還是三相無刷電機(jī)——電機(jī)特性將決定驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。決定驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的兩個(gè)主要因素是電機(jī)的工作電壓和電流要求。

然而，這些參數(shù)并不像人們最初想象的那么簡(jiǎn)單。電動(dòng)機(jī)通常有電壓和電流額定值，實(shí)際的工作值根據(jù)不同的應(yīng)用而不同。施加的電壓決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。電機(jī)所需的電流取決于施加在電機(jī)上的轉(zhuǎn)矩。因此，驅(qū)動(dòng)器可能需要也可能不需要按照電機(jī)的全部規(guī)格進(jìn)行設(shè)計(jì)。

您可以使用速度常數(shù)和扭矩常數(shù)(通常在電機(jī)的數(shù)據(jù)表中給出)來估計(jì)特定應(yīng)用程序中所需的電壓和電流。驅(qū)動(dòng)器的供電電壓必須至少達(dá)到從電機(jī)獲得所需速度所需的電壓，但供電電壓通常由系統(tǒng)可用的電壓決定。最大電流要求通常是由啟動(dòng)電機(jī)所需的扭矩來確定的。

選擇場(chǎng)效應(yīng)管

一定要選擇功率mosfet，至少額定的電源電壓和電機(jī)所需的最大電流。記住，留出一些余地是必要的。選擇漏源極極壓比電源電壓至少高20%的MOSFET。在某些情況下，特別是在具有大電流、大扭矩步驟和控制不好的電源的系統(tǒng)中，可能需要兩倍于電源電壓的裕度。

當(dāng)然，MOSFET的電流額定值必須足夠高，以提供電機(jī)所需的峰值電流，但通常以熱因素為主。mosfet在漏源極電阻(RDS)中耗散功率并產(chǎn)生熱量。熱約束條件，包括環(huán)境溫度和可用于mosfet的任何散熱，限制了可耗散的功率。這種最大允許的功耗驅(qū)動(dòng)基于RDS(on)值的mosfet的選擇。

一旦你找到了必要的額定電壓和RDS(ON)，一定要考慮總柵電荷(QG)。柵極充電是用來測(cè)量打開和關(guān)閉MOSFET需要多少電量的。QG較低的MOSFET更容易驅(qū)動(dòng)。它的開關(guān)速度更快，閘極驅(qū)動(dòng)電流更低，而QG更高。

門驅(qū)動(dòng)電流和上升/下降時(shí)間

考慮一個(gè)功率mosfet門之間的非線性電容門和源端子。盡管該柵極不傳導(dǎo)直流電流，但它確實(shí)需要電流來充放電使MOSFET打開和關(guān)閉的柵極電容。提供給該柵極的電流量決定了完全打開MOSFET所需的時(shí)間。類似地，當(dāng)電流從柵極拉出時(shí)，該電流量設(shè)置MOSFET關(guān)閉時(shí)間。

為了理解驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O需要什么，你需要知道MOSFET的切換速度。您必須在低開關(guān)損耗(需要快速上升和下降時(shí)間)和低電磁干擾(需要緩慢上升和下降時(shí)間)之間進(jìn)行設(shè)計(jì)權(quán)衡。此外，脈寬調(diào)制(PWM)頻率和最小和最大所需占空比的時(shí)間限制了開關(guān)速度。例如，對(duì)于20 kHz的PWM頻率，1%的占空比需要產(chǎn)生500納秒的脈沖。這需要幾百納秒或更少的上升和下降時(shí)間。

確定所需的上升/下降時(shí)間后，計(jì)算所需的門驅(qū)動(dòng)電流。這可以被估計(jì)為QG/t，其中QG是總的門電荷，t是期望的上升/下降時(shí)間。請(qǐng)注意，這是整個(gè)上升/下降時(shí)間內(nèi)需要驅(qū)動(dòng)的電流量。實(shí)際上，門極驅(qū)動(dòng)電流通常在這段時(shí)間內(nèi)有所變化，因?yàn)榇蠖鄶?shù)門極驅(qū)動(dòng)程序不能提供恒定的電流。

如果將恒定電流輸送到柵極，則柵極處的電壓不是線性斜率，而是線性斜率。在MOSFET切換期間，它達(dá)到一個(gè)平穩(wěn)狀態(tài)(圖1)。這被稱為“米勒高原”，由柵漏電容引起。當(dāng)漏極過渡時(shí)，此電容需要電流充電，因此柵極-源極電容的充電會(huì)變慢。提供給柵極充電的電流越低，轉(zhuǎn)換完成所需的時(shí)間就越長(zhǎng)。

選擇預(yù)驅(qū)動(dòng)器IC

一旦知道所需的最小柵極驅(qū)動(dòng)電流，就選擇可以支持它的柵極驅(qū)動(dòng)器(預(yù)驅(qū)動(dòng)器)IC。這些零件種類繁多，具有不同數(shù)量的通道，柵極驅(qū)動(dòng)電流功能和電源電壓范圍。某些部分還提供其他集成功能，例如電流檢測(cè)放大器和保護(hù)電路。

許多半導(dǎo)體供應(yīng)商都提供預(yù)驅(qū)動(dòng)器IC，這些供應(yīng)商生產(chǎn)用于電源管理的產(chǎn)品，包括MPS。這些供應(yīng)商提供了專為DC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的各種單通道和三通道預(yù)驅(qū)動(dòng)器IC，包括三通道60V和100V系列以及單相100V器件。

一些預(yù)驅(qū)動(dòng)器IC使用線性穩(wěn)壓器，電荷泵和/或自舉電容器從主電動(dòng)機(jī)電源內(nèi)部生成所需的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。其他則需要單獨(dú)的柵極驅(qū)動(dòng)電源。要以100%的占空比工作(長(zhǎng)時(shí)間輸出高電平)，請(qǐng)選擇一個(gè)帶有內(nèi)部電荷泵的預(yù)驅(qū)動(dòng)器，以使高端柵極長(zhǎng)時(shí)間保持導(dǎo)通狀態(tài)。僅依靠自舉電路驅(qū)動(dòng)高端的預(yù)驅(qū)動(dòng)器只能在有限的時(shí)間內(nèi)保持高端MOSFET的導(dǎo)通，因?yàn)橐欢螘r(shí)間后泄漏會(huì)耗盡自舉電容。

柵極驅(qū)動(dòng)器必須至少能夠提供實(shí)現(xiàn)上述所需的上升和下降時(shí)間所需的電流量，但是也可以使用具有更大電流能力的驅(qū)動(dòng)器。一些驅(qū)動(dòng)器IC提供了一種通過改變零件內(nèi)部柵極驅(qū)動(dòng)的數(shù)量來調(diào)節(jié)上升和下降時(shí)間(也稱為“轉(zhuǎn)換速率調(diào)節(jié)”)的方法。當(dāng)使用不帶內(nèi)置壓擺率調(diào)節(jié)功能的器件時(shí)，用戶可以在柵極驅(qū)動(dòng)器輸出和MOSFET柵極之間插入電阻。這限制了柵極電流，并減慢了上升和下降時(shí)間。以上就是如何給運(yùn)動(dòng)控制選擇Mosfet驅(qū)動(dòng)器的方法，希望能給大家?guī)椭?