ZHCAED6 August 2024 DRV8316 , DRV8317

2 功率损耗和性能预期

首先详细介绍可用于仿真热性能的功率损耗公式。集成式 FET 驱动器的热耗散取决于多个参数。影响力最大的因素是器件的内部 R_ds(on)，表示内部 FET 的漏源电阻。驱动大电流时，该电阻导致的平均功率损耗（称为导通损耗）是总功率损耗的主要影响因素。下面就梯形控制和 FOC 控制对每种类型的损耗都进行了说明。

导通损耗

方程式 1.

P_{con} = 2 \times {I^{2}}_{pk (trap)} \times R_{ds, (on) (TA)}

方程式 2.

P_{con} = 3 \times {I^{2}}_{rms (foc)} \times R_{ds, (on) (TA)}

R_ds(on) 也随温度变化。例如，R_ds(on) 会随着驱动器温度的升高而增大，并在达到饱和点之前增加功率损耗。正因为如此，下一节中显示的热数据是在驱动器达到所需的输出电流后几分钟获取的。除了导通损耗外，开关损耗和体二极管损耗也会导致器件的总功率损耗增加。开关损耗是指在 FET 开关时因转换而产生的损耗，而体二极管损耗是指在死区时间内电流流经 FET 体二极管而产生的损耗。这些损耗的计算公式如下：

开关损耗

方程式 3.

P_{sw} = I_{pk (trap)} \times V_{pk (trap)} \times t_{rise / fall} \times f_{PWM}

方程式 4.

P_{sw} = 3 \times I_{RMS (FOC)} \times V_{pk (FOC)} \times t_{rise / fall} \times f_{PWM}

体二极管损耗

方程式 5.

P_{diode} = 3 \times I_{pk (trap)} \times V_{f (diode)} \times t_{deadtime} \times f_{PWM}

方程式 6.

P_{diode} = 6 \times I_{RMS (FOC)} \times V_{f (diode)} \times t_{deadtime} \times f_{PWM}

这些功率损耗取决于压摆率和 PWM 频率等其他参数，稍后会在实验数据中对此进行讨论。如需详细了解每一个这些公式，请参阅集成式 MOSFET 驱动器的散热注意事项 视频，其中介绍了采用集成式 FET 驱动器的系统中的所有功率损耗来源。

查看数据之前，可以对 DRV8316 和 DRV8317 的性能进行一些预测。由于 DRV8316 具有较低的 R_ds(on) 值，因此在相同的输出电平下，预计 DRV8316 与 DRV8317 相比具有更低的整体温度。此外，根据前面的公式，可得出以下结论：

更高的压摆率意味着 t_rise 和 t_fall 将减小，这意味着与更低的压摆率相比，该器件的功率损耗更少，运行温度更低。
更高的 PWM 频率会增加开关损耗和二极管损耗，因为 FET 的每秒开关频率更高（所以必须更频繁地穿过功率损耗密集型米勒区域），从而导致器件的运行温度高于 PWM 频率更低时的运行温度。
FOC 换向算法是 BLDC 电机换向效率最高的方法，因此 FOC 需要产生比梯形控制（效率最低的算法）更好的热性能。

但是，这些设置中的每一个都存在潜在的缺点，稍后的章节将对此进行详细说明。

最后，每个器件都要在一定的结温范围内运行。由于 PCB 设计的性质，结温很难测量。本应用手册中展示的实验室数据是指封装温度。由于多种因素，例如热阻、环境温度以及热量传递到不同介质并最终进入周围环境的可用面积，这两个值可能会有所不同。要关联这两个值，需要进行详细的测试和分析，但如需了解更多信息，请参阅以下应用手册：半导体和 IC 封装热指标。某些数据表中的“热性能信息”部分旁边也列出了此资源。

根据这些预测和之前讨论的理论，用户需要考虑使用 DRV8316 和 DRV8317 EVM 产生的真实实验室数据。