你的位置:首頁 > 電源管理 > 正文

為電機驅動提供動力的功率MOSFET

發(fā)布時間:2022-07-25 來源:艾睿電子 責任編輯:wenwei

【導讀】功率 MOSFET 是最常見的功率半導體,主要原因是因為其柵極驅動需要的功率小、以及快速的切換速度,使其成為電機驅動時最常用的功率半導體。本文將為您簡介功率 MOSFET 的技術特性,以及由安森美(onsemi)推出的NTBLS1D5N10MC功率MOSFET的產(chǎn)品特性。


18-1.jpg


MOSFET與IGBT各有優(yōu)勢


功率半導體是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心,主要用于改變電子裝置中的電壓和頻率,以及進行直流交流轉換等功能,只要在擁有電流電壓及相位轉換的電路系統(tǒng)中,都會用到功率零部件?;旧?,功率半導體大致可分為功率分立器件與功率集成電路二大類,其中,功率分立器件產(chǎn)品包括MOSFET、二極管,及IGBT,當中又以MOSFET與IGBT最為重要。


在低電流區(qū)域中,MOSFET的導通電壓低于IGBT,但在高電流區(qū)域中,IGBT的導通電壓則低于MOSFET,特別是在高溫條件下,此現(xiàn)象特別明顯。IGBT通常以低于20kHz的開關頻率使用,因為其開關損耗大于單極MOSFET。MOSFET的優(yōu)勢在于可以適用高頻領域,MOSFET工作頻率可以適用在從幾百KHz到幾十MHz的射頻產(chǎn)品,而IGBT到達100KHz幾乎是最佳工作極限。


MOSFET具有輸入阻抗高、驅動功率低、開關速度快、無二次擊穿、安全工作區(qū)寬、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點,一般來說,MOSFET適用在攜帶型的充電電池領域,或是移動裝置中。至于IGBT則適用在高電壓、大功率的設備,如電機、汽車動力電池等。


19.png


N溝道功率MOSFET具有較低的導通電阻和較小尺寸


隨著MOSFET及CMOS技術持續(xù)的演進,自1960年起集成電路開始快速發(fā)展,這也是功率MOSFET的設計得以實現(xiàn)的原因。功率MOSFET的優(yōu)點是其切換速度快,在低電壓下的高效率,具備容易實施的并聯(lián)技術、高帶寬、堅固性、偏壓簡單、容易使用、也易于維修。功率MOSFET可以應用在許多不同的領域中,包括大部份的電源供應器、直流-直流轉換器、低電壓電機控制器等,以及許多其他的應用。


功率MOSFET按導電溝道可分為P溝道和N溝道,由于N溝道MOSFET具有較低的導通電阻(RDS(on))和較小尺寸,N溝道MOSFET在產(chǎn)品應用的選擇性上超過了P溝道。同步整流器應用則幾乎都是使用N溝道技術,這主要是因為N溝道的RDS(on)小于P溝道,并且可通過在柵極上施加正電壓導通。


功率MOSFET多數(shù)是載流子器件,N溝道MOSFET在導電過程中有電子流動,P溝道在導電期間使用被稱為空穴的正電荷。電子的流動性是空穴的三倍。盡管沒有直接的相關性,就RDS(on)而言,為得到相等的值,P溝道的管芯尺寸大約是N溝道的三倍,因此N溝道的管芯尺寸更小。


1657622089716182.png


用于電機驅動的MOSFET驅動器


在電機驅動系統(tǒng)中,柵極驅動器或 “預驅動器” IC常與N溝道功率MOSFET一起使用,以提供驅動電機所需的大電流。在選擇驅動器IC、MOSFET以及某些情況下用到的相關無源組件時,有很多需要考慮的設計因素。


想要為直流電機(無論是有刷電機,還是三相無刷電機)設計驅動器,便應從電機的特性來決定驅動器的設計細節(jié),其中兩個主要因素就是電機的工作電壓和電流要求。在一般情況下,電機具有給定的額定電壓和額定電流,但在實際工作中,這些數(shù)值可能與額定值不同。電機的實際速度取決于所施加的電壓,電機所需的電流取決于所施加的扭矩。因此,驅動器設計不一定需要完全滿足電機的規(guī)格。


為確保所選功率MOSFET的額定值至少等于電機所需的電源電壓和最大電流,甚至最好留有一定裕量,以確保能夠發(fā)揮最佳的效能。通常MOSFET的漏源電壓額定值(VDS)應至少比電源電壓高20%。在某些情況下,尤其是在電流大、扭矩步長較大、電源控制不良的系統(tǒng)中,MOSFET的額定電流必須足夠高,才能提供電機所需的峰值電流。


此外,散熱也是選擇MOSFET的重點,MOSFET耗散功率會在漏源電阻RDS(ON)中產(chǎn)生熱量,包括環(huán)境溫度和MOSFET散熱在內的熱條件,決定了可以耗散的功率,而最大允許功耗最終決定則基于MOSFET的RDS(ON)值。此外,還需要考慮總柵極電荷(QG),柵極電荷用于度量導通和關斷MOSFET所需的電荷量,較低QG的MOSFET更易于驅動,與具有較高QG的MOSFET相比,它可以以較低的柵極驅動電流進行更快的切換。


1657622072731036.png


優(yōu)異的功率MOSFET特性滿足應用需求


安森美在功率MOSFET領域在業(yè)界居于領先地位,并針對不同的應用需求,推出各種規(guī)格的功率MOSFET,包括用于電源轉換和開關電路的N溝道、P溝道和互補MOSFET。


本文介紹的NTBLS1D5N10MC,是一款單極、N溝道的功率MOSFET,支持TOLL封裝,可輸出100 V、1.53 mΩ、298 A的功率,具備低RDS(ON)、低總柵極電荷(QG)和電容,具有較低的開關噪聲/電磁干擾(EMI),并是無鉛、無鹵素/無溴化阻燃劑(BFR)的器件,并且符合RoHS標準,可最小化傳導損耗,最大限度地減少驅動器損失,可應用于電動工具、電池供電的真空吸塵器、無人機、物料搬運、電池管理系統(tǒng)(BMS)/存儲、家庭自動化等領域,常見的最終產(chǎn)品包括電機控制、工業(yè)電源與太陽能逆變器等。


結語


電機驅動應用相當廣泛,其中功率MOSFET更扮演著重要的角色,安森美擁有種類多樣的功率MOSFET產(chǎn)品線,其中的NTBLS1D5N10MC單極、N溝道的功率MOSFET將能夠滿足相關應用的嚴苛需求,是電機驅動控制的最佳選擇之一。



免責聲明:本文為轉載文章,轉載此文目的在于傳遞更多信息,版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題,請聯(lián)系小編進行處理。


推薦閱讀:


了解功率電感參數(shù)

SiC撞見UPS,挑戰(zhàn)性能、能效、尺寸、成本設計

那些與波形發(fā)生相關的重要DAC規(guī)格!

探秘電動車電池背后的先進技術

可插拔電池充電站解決方案

特別推薦
技術文章更多>>
技術白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關閉

?

關閉