ZHCAB45 June   2021 DRV3255-Q1 , DRV8300 , DRV8301 , DRV8302 , DRV8303 , DRV8304 , DRV8305 , DRV8305-Q1 , DRV8306 , DRV8307 , DRV8308 , DRV8320 , DRV8320R , DRV8323 , DRV8323R , DRV8340-Q1 , DRV8343-Q1 , DRV8350 , DRV8350F , DRV8350R , DRV8353 , DRV8353F , DRV8353R

 

  1. 大功率电机应用简介
    1. 1.1 设计不当的大功率电机驱动系统的影响
    2. 1.2 大功率设计流程的示例
  2. 简要研究大功率电机驱动系统
    1. 2.1 电机驱动功率级剖析及故障排除方法
    2. 2.2 大功率系统故障排除
  3. 通过 MOSFET 和 MOSFET 栅极电流实现大功率设计 (IDRIVE)
    1. 3.1 MOSFET 栅极电流
      1. 3.1.1 栅极电流为何会导致损坏
      2. 3.1.2 栅极电阻器和智能栅极驱动技术
        1. 3.1.2.1 栅极电阻器
        2. 3.1.2.2 智能栅极驱动和内部控制的栅极灌电流和拉电流
        3. 3.1.2.3 栅极电阻器和智能栅极驱动技术摘要
      3. 3.1.3 给定 FET 的栅极电流计算示例
  4. 通过外部元件实现大功率设计
    1. 4.1 大容量和去耦电容器
      1. 4.1.1 额定电容器电压说明
    2. 4.2 RC 缓冲器电路
    3. 4.3 高侧漏极到低侧源极电容器
    4. 4.4 栅极至 GND 二极管
  5. 通过并联 MOSFET 功率级实现大功率设计
  6. 通过保护实现大功率设计
    1. 6.1 VDS 和 VGS 监控
      1. 6.1.1 在过流、击穿或 FET 短路事件期间关闭 FET
    2. 6.2 无源栅极至源极下拉电阻
    3. 6.3 电源反极性或电源截断保护
  7. 通过电机控制方法实现大功率设计
    1. 7.1 制动与惯性滑行
      1. 7.1.1 基于算法的解决方案
      2. 7.1.2 外部电路解决方案
      3. 7.1.3 制动与惯性滑行摘要
  8. 通过布局实现大功率设计
    1. 8.1 什么是开尔文连接?
    2. 8.2 总体布局建议
  9. 结论
  10. 10鸣谢

给定 FET 的栅极电流计算示例

在此示例中,使用 DRV835x 系列器件并将其与 CSD19536KTT 功率 MOSFET 配对,后者用在适用于三相 BLDC 电机的 54V、1.5kW、效率 > 99%、70 × 69mm2 的功率级参考设计TIDA-010056 中。

估算近似栅极电流的步骤一般为:

  1. 找到 FET 部件型号和相关数据表
  2. 在数据表中找到 Qgd
  3. 典型的 Qgd 是可以接受的,但要始终注意 Qgd 的最小或最大容差
  4. 估计所需的 VDS 上升和下降时间。一般来说,对于许多大功率系统,将上升和下降时间保持在 100ns 至 300ns 之间是一个很好的切入点。
  5. 或者,设计人员可以重新排列Equation2 以根据栅极驱动电流 (IDRIVE) 而非 VDS 压摆率 (SRDS) 获得公式,其中 25V/µs 至 100V/µs 作为通用输入是可接受的:
Equation2. I D R I V E =   Q g d t R i s e F a l l

其中:

  • IDRIVE = 从栅极拉取或灌入的电流(单位为安培)
  • tRiseFall = VDS(非 VGS)的等效上升或下降时间,单位为秒
  • Qgd = MOSFET 的固有栅极至漏极电荷,单位为库仑

对于 CSD19536KTT,Qgd = 17nC,我们可以使用通用指南将 100ns 放入Equation3 的上升和下降时间中。注意,一些设计人员想要使上升时间为下降时间的两倍。

Equation3. I D R I V E =   17 × 10 - 9 100 × 10 - 9
Equation4. I D R I V E =   170   m A)

DRV835x 系列没有将 IDRIVE 恰好设为 170mA,但它确实具有较低的选项,即拉电流为 150mA 或 100mA,灌电流为 100mA。拉电流是指从栅极电源电压获取并推入 FET 的电流,它对应于上升时间;灌电流是指电荷从 FET 的栅极拉出并推到 FET 的源极的速率,它对应于下降时间。

如果上升和下降时间为 300ns,仍可以使用上述公式计算:

Equation5. I D R I V E =   17 × 10 - 9 300 × 10 - 9
Equation6. I D R I V E =   56   m A)

再次使用 DRV835x 系列,选择 50mA 作为拉电流,但最小灌电流为 100mA。这是用非零值替换 0Ω 栅极电阻器以获得低于最低设置的等效栅极灌电流的理想示例。如果不打算使用 0Ω 栅极电阻器,则必须切断布线并重新设计电路板以获得所需性能。

请记住,我们仅使用根据安全通用指南计算的起始栅极驱动电流。这是一个一阶公式,与实际系统中看到的不完全匹配,但目标是获得一个合理的起点。因此,我们在器件没有精确选择的情况下向下舍入,使等效上升或下降时间比计算出的值更长。设计人员应在测试后增大或减小这个数字。