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. 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. 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. 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. 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. 5 通过并联 MOSFET 功率级实现大功率设计
  6. 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. 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. 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. 9 结论
  10. 10鸣谢

3.1.3 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 值
  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。