業(yè)界最小柵極驅(qū)動器以“智”取勝

一款智能電源模組需要在封裝中集成控制、保護(hù)、柵極驅(qū)動器和功率切換器件，以滿足緊湊、高效要求，以及特定應(yīng)用的電源管理需求。目前，兩個(gè)主要的解決方案是智能電源模組(IPM)和即插即用柵極驅(qū)動器板。

為了滿足新一代應(yīng)用設(shè)備對于低功耗的要求，德州儀器推出兩款新型器件——DRV832x無刷直流(BLDC)柵極驅(qū)動器和CSD88584/99 NexFET™電源模塊，來減小電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用的尺寸和重量。

傳統(tǒng)vs智能，柵極驅(qū)動器改變了多少?

對于傳統(tǒng)的柵極驅(qū)動器，工程師必須設(shè)計(jì)柵極驅(qū)動器和外部MOSFET之間的接口電路，這就包括電阻、二極管，甚至還需要電容。在一般情況下，分立被動元器件的數(shù)量為每個(gè)MOSFET 2-4個(gè)，因而，在三相無刷系統(tǒng)中就有12-24個(gè)器件。這么多器件同時(shí)出現(xiàn)在一個(gè)電路板中，就需要MOSFET參數(shù)來配置柵極驅(qū)動器電路，需要一些專業(yè)技術(shù)和電路板上調(diào)整。

而DRV832x BLDC柵極驅(qū)動器則采用智能柵極驅(qū)動架構(gòu)，省去傳統(tǒng)架構(gòu)中用于設(shè)置柵極驅(qū)動電流的24個(gè)部件，降低了工程師在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)的難度。“智能柵極驅(qū)動器不僅僅是分立器件的簡單集成，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，該技術(shù)的柵極驅(qū)動器更能為系統(tǒng)提供更高級別的保護(hù)。” 德州儀器(TI)模擬電機(jī)驅(qū)動器產(chǎn)品市場工程師Matthew Hein表示，而下述三大功能，更是說明了DRV832xBLDC柵極驅(qū)動器到底“智”在了何處。

首先，智能柵極驅(qū)動具有主動報(bào)告錯誤功能，即如果任何MOSFET不能導(dǎo)通(如，MOSFET柵極短路)，將會通過FAULT信號報(bào)告問題。

其次是閉環(huán)死區(qū)時(shí)間：傳統(tǒng)的柵極驅(qū)動器需要調(diào)整死區(qū)時(shí)間，以確保高邊和低邊MOSFET不會同時(shí)導(dǎo)通(這將導(dǎo)致直通和損壞)。而智能柵極驅(qū)動器實(shí)際上保證了MOSFET之間的最小死區(qū)時(shí)間，從而防止直通。智能柵極驅(qū)動技術(shù)通過允許經(jīng)由智能柵極驅(qū)動器設(shè)置柵極驅(qū)動電流來簡化整個(gè)過程。使設(shè)計(jì)人員能夠輕松調(diào)整場效應(yīng)晶體管(FET)開關(guān)，從而優(yōu)化功耗和電磁兼容性。

第三個(gè)堪稱“智能”的功能是dV / dt保護(hù)或稱為“強(qiáng)下拉”。當(dāng)高邊MOSFET導(dǎo)通時(shí)，智能柵極驅(qū)動器自動下拉低邊MOSFET的柵極。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)人員必須自行確保沒有可使低邊MOSFET導(dǎo)通的負(fù)耦合。而智能柵極驅(qū)動器具有強(qiáng)下拉功能，無需額外設(shè)計(jì)工作即可實(shí)現(xiàn)該保護(hù)。

與新款電源模塊更搭配

同時(shí)，TI 還推出了兩款電源模塊——CSD88584/99 NexFET™，來與智能柵極驅(qū)動器搭配使用。CSD88584Q5DC和CSD88599Q5DC電源模塊利用獨(dú)特的堆疊式晶片封裝結(jié)構(gòu)的兩個(gè)FET，使功率密度提高一倍，并最大限度地減少并聯(lián)FET中典型的FET電阻和寄生電感。除此以外，CSD88584Q5DC和CSD88599Q5DC電源模塊也能在Brett中循環(huán)中提供幫助。

當(dāng)兩者結(jié)合使用時(shí)，DRV832x無刷直流(BLDC)柵極驅(qū)動器和CSD88584/99 NexFET™電源模塊只需占用511 mm2的電路板空間，僅為其他同類解決方案的一半。新款產(chǎn)品的結(jié)合使用使得電路板尺寸更小、電路更易于調(diào)整。能夠廣泛地使用在電動工具、集成電機(jī)模塊、吸塵器、無人機(jī)、機(jī)器人等應(yīng)用中。

德州儀器(TI)模擬電機(jī)驅(qū)動器產(chǎn)品市場工程師Matthew Hein說：“除TI提供的18V BLDC電機(jī)參考設(shè)計(jì)外，DRV832x系列還支持高達(dá)60V的操作，這意味著它適用于12V至36V的電池組，或高達(dá)48V的穩(wěn)壓電源。CSD88584Q5DC支持高達(dá)40V的操作(12V-24V電池)，而CSD88599Q5DC支持高達(dá)60V的操作(12-36V電池)。”

CSD88584 / 99與DRV832x器件結(jié)合使用的優(yōu)勢

功率密度最大化：該組合解決方案可提供700 W的電機(jī)功率，無需散熱器，可提供比傳統(tǒng)解決方案高50%的電流，且不增加占用空間。

高峰值電流：如18伏BLDC參考設(shè)計(jì)所示，智能柵極驅(qū)動器和電源模塊能夠驅(qū)動高達(dá)160 A的峰值電流超過1秒鐘。

最佳的系統(tǒng)保護(hù)：該組合解決方案可實(shí)現(xiàn)更短的走線長度，可有效防止意外的FET導(dǎo)通，同時(shí)還提供欠壓、過流和過熱保護(hù)。

卓越的熱性能：CSD88584Q5DC和CSD88599Q5DC電源模塊采用TI的DualCool™散熱強(qiáng)化型封裝，可使設(shè)計(jì)人員將散熱片應(yīng)用于設(shè)備頂部，以降低熱阻抗，增加耗散功率，以維持電路板和終端應(yīng)用的安全工作溫度。

干凈的切換：電源模塊的開關(guān)節(jié)點(diǎn)夾可幫助消除高側(cè)和低側(cè)FET之間的寄生電感。此外，DRV832x柵極驅(qū)動器的無源組件集成可最大限度地減少電路板走線。