【技术大神】智能电机控制系统应用之MOSFET的设计经验分享

2019-08-29 技术大神活动文章
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在《智能电机控制系统应用之MOSFET的选型经验分享》一文中,笔者提到了采用MOSFET的选型经验,以及笔者自己的选型习惯。本文笔者将分享一些笔者关于三相全桥的分立器件的设计经验。


芯片的Datasheet中指出的开通关断时间是指带电阻性负载时开通关断的时间,而电机的等效模型是一个阻感负载。所以在选型结束后,首先要做的便是测试MOS管在实际负载下的开通和关断时间。CWDM3011P可以采用高边测试的方式去检测开通关断时间,CWDM3011N可以采用低边测试的方式去检测开通关断时间。


图1:高低边测试电路


笔者在测试导通时间的时候,用了上面两个简单的测试电路图来检测开通关断时间。其中(A)图是PMOS的高边驱动电路,(B)图是NMOS的低边驱动电路。这两个电路可以在洞洞板上简单地搭建出来,简单地评估下高低边在带电感负载下的开通和关断时间。


图2:CWDM3011P导通关断波形


 
图3:CWDM3011N导通关断波形


可以从图中可以看出CWDM3011P的导通关断时间在500ns左右,CWDM3011N的导通关断时间在300ns左右。为了防止上下桥臂在关断导通的过程中发生同时导通的情况,笔者习惯把PWM输出的互补死区设置为2us左右,因为Central的MOSFET开通关断时间性能比较突出,所以笔者在本项目中将死区时间的设定调整到1us。测试完电流输出波形,便可以着手原理图的设计了。


在小功率的应用场合下,一般采用6个分立的MOSFET器件作为驱动桥的桥臂,或者3片双MOSFET芯片。在这些芯片搭出来的电路中,三相全桥的桥臂一般有两种结构:

1)上桥臂采用P型MOSFET,下桥臂采用N型MOSFET;

2)上下桥臂均采用N型MOSFET。


下图是笔者设计的云台三相全桥原理图的其中一相电路,采用的是CWDM3011N与CWDM3011P。这样的好处在于可以省去预驱动电路,通过电阻和三极管,可以对MOSFET进行IO的直驱。
 

图4:三相全桥逆变的U相桥臂


图中,上桥臂用了CWDM3011P,下桥臂用了CWDM3011N。因为MOS管自带了续流二极管,所以电路设计的时候要注意不能将源极和漏极反过来。在前级驱动上,每个管子加入了一组互补三极管作为推挽输出,增强MOSFET门极电压的变化速度,提高门极驱动能力。


电流测量电路也是闭环控制的重中之重。精确的电流测量对产品的性能影响十分重大。在本例应用中,笔者采用下桥臂串联毫欧电阻的方式测量电流。在CWDM3011N的源极,笔者串联一个约为50mΩ的电阻(R10),电阻两端接入运放两端,加入直流电压偏置,输出的电压可以直接给到单片机用来测量电流。


笔者在考虑控制芯片的时候,选用了一块自带互补死区设置的MCU。在初始化的时候,直接可以将它初始化为控制三路CWDM3011P关断,三路CWDM3011N导通,在不工作的状态下也同样设置。这样的好处在于在带电插拔云台电机的接线时,除了流过很小的漏电流之外,不会在任意两相直接流入尖峰电流,能够支持热插拔。


最后总结一下MOSFET逆变电路的设计经验:
1)在选型结束后,一定要先测特定负载下MOSFET的导通/关断时间,以及导通/关断的电流波形。
2)设计合理的驱动MOSFET方式(电阻直驱/预驱动芯片)是第二步需考虑的问题。
3)第三步要考虑的便是流过MOSFET的电流测量方式(电阻测量/霍尔元件测量)。


做完了这三步,MOSFET的原理图设计才是一个合理设计方案。

以上就是笔者关于MOSFET的应用分享,欢迎各路大神一起讨论交流,不足之处还望指正。


作者:坚栋

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  • 用户19829852 Lv2. 工程师 2017-02-17
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ROHM(罗姆)电机驱动器选型指南(中文)

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型号- RQ3L090GN,BD63130AFM,SH8MA2,BD16938AEFV-C,BU6821G,BD64350MUV,BD6981FVM,BD6231HFP,R6009JND3,R6020JNJ,SH8MA4,SH8MA3,BM63574S-VA,BD63282EFV,BM63574S-VC,BD68620EFV,R6025JNZ,R6025JNX,R60XXJNJ,BD6212FP,BD6231F,BD61243FV,BM6243FS,RGS30TSX2D,RGTXTM65D,BD63242EFV,BD16912EFV-C,BD69060GFT,HP8M51,RGS50NL65D,GMR,RQ7L055BG,BD6758KN,QH8MA2,QH8MA4,QH8MA3,BD63725BEFV,RJ1G12BGN,RGTXXTS65D,RGT40TS65D,BD6230F,BD6961F,BD65492MUV,RGTXXBM65D,BM62351MUV,BM62380MUV,BD62130AEFJ,BU24038GW,RGT50TM65D,BD62220AEFV,BD6968FVM,RD3P200SN,RS1G180GN,BD16852EFV-C,R6007JNJ,RJ1P12BBD,AG087DGD3,RGT50NS65D,SH8MC5,RGS60TS65D,RGS00TS65D,RGS00TS65E,BD63576NUX,BM6244FS,R6042JNZ4,RSJ301N10,RGT40TM65D,HP8M31,RMS338NA-005,R6018JNX,BD6995FV,BD63511EFV,SH8MB5,R6030JNZ,RF4L070BG,R6030JNX,R6070JNZ4,BD63007MUV,BM63577S-VA,RGT20NL65D,R6007JNX,RQ3G100GN,BD67891MUV,BM64378S-VA,BD63800MUF-C,BM63577S-VC,BD63720AEFV,RGS60NL65D,BD6380EFV,R6009JNX,R6020JNZ4,R6009JNJ,BD6422EFV,BM6249FS,RGS30NL65D,RQ3G150GN,BM63575S-VC,BD6211F,BM6241FS,RGT30TM65D,BM63575S-VA,BD68710EFV,R6004JNJ,BD63521EFV,BD63030EKV-C,BD63035EFV-M,BD6385EFV,R6030JNZ4,RX3G18BBG,BD6232HFP,BD6982FVM,RS1P600BE,RMS335ND-007,BM65364S-VA,BD16939AEFV-C,BM65364S-VC,RS1L180GN,BD63710AEFV,RX3G07BBG,QH8KA2,QH8KA1,BD16950EFV-C,RMS338ND-003,QH8KA3,BD6965NUX,BD69830FV,BD63001AMUV,BD6222FP,BD6210F,RF4G100BG,RGT,RGS,BD6964FVM,BD6389FM,BD63005AMUV,UT6KC5,RSJ650N10,BD63003MUV,BD63520AEFV,BU6823G,RGSXXNL65D,BM63375S-VA,BD63940EFV,BD61248NUX,BM64377S-VA,BM63375S-VC,BD6232FP,QH8MB5,RQ7G080BG,RGT00TS65D,BD6964F,BD65499MUV,RGS80TSX2D,BD6221F,BM6242FS,R6006JND3,BD63620AEFV,BD63150AFM,RS1L120GN,BD16805FV-M,R60XXJNX,R60XXJNZ,BD6376GUL,BD6423EFV,AG073DGS4,BD62110AEFJ,BU24020GU,RGS40NL65D,RGTXNL65D,RGSXXTS65D,RGSXXTS65E,RD3XXXXBG,BD6210HFP,RD3P08BBD,RGT16BM65D,RGT16TM65D,BD63524AEFV,QH8MC5,BD63730EFV,R6020JNX,R6020JNZ,BD65494MUV,BD63801EFV,BD62017AFS,BD6220F,BD63525AEFV,BD67173NUX,BD6736FV,RX3L18BBG,BD63251MUV,BU24033GW,BD63572MUV,BD6211HFP,BD63002AMUV,SH8K41,BD2310G,BM6247FS,BD63565EFV,RF4XXXXBG,UT6KB5,BD6381EFV,BD63731EFV,R60XXJND3,LTR18,RQ7XXXXBG,RGT20TM65D,RGT8NS65D,BU69090NUX,BD68720EFV,RGT40NL65D,BD63573NUV,BD61251FV,AG070DGS4,BD6222HFP,BD62210AEFV,SH8K39,R6004JND3,LTR10,RGT30NS65D,BM64070MUV,BD65496MUV,BD68715EFV,BD6382EFV,RD3G07BBG,RQ3XXGN,BU6909AGFT,BD16860AEKV-C,RGT16NL65D,BD63960EFV,RGS50TSX2D,RJ1G08CGN,BD62120AEFJ,BD65491FW,BD63715AEFV,BD63910MUV,R6004JNX,RD3L07BBG,QH8KB5,BM6248FS,BD65491FV,BD69730FV,QH8KB6,R6025JNZ4,BD62018AFS,BD63610AEFV,RX3L07BBG,RS1XXXXGN,AG004DGD3,BD63510AEFV,RGT40NS65D,RGTXXNS65D,BM64300MUV-EVK-001,BD62321HFP,BD6387EFV,RMS118NA-009,BD63015EFV,BM64300MUV,R6007JND3,RMS332ND-010,QH8KC6,QH8KC5,SH8K52,QS8M51,BM63374S-VA,BM63374S-VC,RGT80TS65D,UT6MA2,BD6962FVM,SH8KA4,BD6373GW,BD61245EFV,SH8KA2,SH8KA1,BD68610EFV,SH8KA7,GMR320,RGT50TS65D,LTR100,RGSX5TS65E,RGT30NL65D,RJ1L06CGN,SH8M41,R6050JNZ,BU24035GW,R6006JNX,R6018JNJ,RGSX5TS65D,BM6245FS,BD6237FM,RMS308NA-008,RGS80TS65D,QSBM51,BM63573S-VC,R6012JNX,BD62221MUV,BD6425EFV,RGT8TM65D,HP8MA2,BD62105AFVM,QS8M31,BD6212HFP,LTR50,RGSXXTSX2D,BD6971FV,BM64350MUV,BM64374S-VA,BU24036MWV,SH8M31,RMS318ND-002,BM63573S-VA,RGT8BM65D,BD6226FP,BD63920MUV,RD3G03BBG,BD60223FP,RMS332SD-012,BD63241FV,RMS332SD-011,RGT8NL65D,SH8KC6,RS1G300GN,RS1G120MN,GMR50,R6050JNZ4,LTR,BM63377S-VC,RSJXXXN10,BM64375S-VA,BM63377S-VA,GMR100,RGT60TS65D,BD6735FV,QH8K51,SH8KC7,RGT16NS65D,RGT20NS65D,BD63006MUV,BD6236FP,BM6246FS,R6012JNJ,BD6236FM,RJ1L12BGN,BM62300MUV,AG086DGD3,BD2320EFJ-LA,RJ1XXXXGN,SH8K26,RD3L03BBG,BH6766FVM,BD6383EFV,QSBM31,BM62350MUV,R6006JNJ,R60XXJNX,RGT50NL65D,BM63373S-VA,BD6967FVM,BM63373S-VC,BD64220EFV,SH8KB7,SH8KB6,BD63740FM,BD6326ANUX,R60XXJNZ4,SH8M51,BD69740FV,BD6753KV,BD6225FP,SH8K12,BD63860EFV,SH8K11,RX3XXXXBG,BD61250MUV

选型指南  -  ROHM  - Ver.13.1  - 2021/12/27 PDF 中文 下载

直流无刷电机驱动电路MOSFET应用

由于无刷电机具有高扭矩、长寿命、低噪声等优点,已经在各领域中得到了广泛应用。其内部电子绕组可看作一个电感线圈。如图1所示内部结构及电流波形,通过不断改变定子绕组中的电流方向,从而改变电磁铁的磁性,使得电机连续旋转。因此需要设计一个驱动电路,改变定子绕组中的电流方向才能使得转子旋转,常用驱动电路为三相全桥逆变电路。

设计经验    发布时间 : 2024-08-19

【产品】1200V/100A七管封装功率IGBT模块,采用英飞凌第四代IGBT芯片技术

flow7PACK 2是Vincotech推出的一款具有优异电磁兼容性能,采用低电感flow 2封装的功率模块。

新产品    发布时间 : 2017-09-27

【元件】罗姆新开发安装可靠性高的10种型号、3种封装的车载Nch MOSFET,适用于车门、座椅电机及LED前照灯

ROHM开发出具有低导通电阻优势的车载Nch MOSFET “RF9x120BKFRA”、“RQ3xxx0BxFRA”和“RD3x0xxBKHRB”。新产品非常适用于汽车门锁和座椅调节装置等所用的各种电机以及LED前照灯等应用。目前,3种封装10种型号的新产品已经开始销售,未来会继续扩大产品阵容。

产品    发布时间 : 2024-08-07

【技术大神】智能电机控制系统应用之MOSFET的选型经验分享

本文结合central的MOSFET管CWDM3011N和CWDM3011P应用,分享了一些自己在选型上积累的经验。

设计经验    发布时间 : 2017-01-13

蓉矽半导体碳化硅产品在车载充电机中的应用:已通过AEC-Q101测试和HV-H3TRB考核

为了提升充电效率,延长续航里程,800V高压平台成为主流选择。使用1200V碳化硅MOSFET对提升OBC功率密度、降低重量具有积极意义和显著效果。NOVUSEM自主研发的1200V 40mΩ SiC MOSFET NC1M120C40HT已顺利通过AEC-Q101车规级测试和HV-H3TRB加严可靠性考核,支持11kW/22kW大功率主流充电,适配目前OBC 800V高电压电池发展趋势。

应用方案    发布时间 : 2024-07-20

芯际探索(XJTS)功率器件选型指南

描述- 公司以元器件可靠性为基础,在该领域纵向发展,自主研发了 IGBT 及模块、Si 基 /SiC 基 MOSFET及模块和 HVIC 高边开关系列产品。应用市场从以往传统的航空航天、商业航天领域拓展至当下炙手可热的新能源汽车、高铁、舰船、光伏等电子电力装置领域,满足多领域逆变器、UPS、变频器、电机驱动及大功率电源的应用需求。

型号- CSBW50N65EC,CSBW40N120E,CSSY60M190B,CSBP15N60B,CSCX3N65A,CSFP25R12FBF,CSSA70M200CFD,CSSX70M1K5,CSBC15N65B,CSVX13N50B,CSKX6N65AK,CSBA20N60BZ,CSFF150R12KB,CSVM02N50HA,CSKX20A120AK,CSBW50N65EH,CSSX65M210B,CSSA65M640B,CSKX20N65AK,CSTO5N60N,CSCK20N120A,CSKX8N65AK,CSSD100D120R3QN,CSTU15N30AK,CSSX80M670B,CSVP15N50AKH,CSBA10N65B,CSSX65M320B,CSSX65M550B,CSSX65M990,CSCE20N120A,CSSX70M190,CSVX7N60ECFD,CSFF200R12RB,CSVA10N65F,CSSA65M280CFD,CSVX10N65B,CSGU15R30BKH,CSKX10N65AK,CSSS150D065R3ON,CSSX60M900B,CSFP40R12FBF,CSFF50R12RB,CSSW60M041,CSSA65M1K5,CSSA65M1K8,CSBW30N120E,CSFF75R12RB,CSGU10R7,CSSS600D120R3MW,CSBQ50N120B,CSBQ75N120BF,CSTD50N60N,CSSW60M086CFD,CSCC10N120A,CSBW40N120ES,CSFF200R07RBF,CSFS150R12DBF,CSSX65M170,CSSX70M710B,LPHVIC2AB,CSSA60M240,CSSD050F120R3ON,CSSX70M300CFD,CSSW65M045B,CSFP100R12DBF,CSBD6N65EF,CSFP75R12TBF,CSFF820R08RBF,CSSX65M260,CSCC15N120AK,CSFP75R12DBF,CSVX10N60B,CSBW50N65E,CSCX120R80BKX,CSSX70M600B,CSCE30N120A,CSSW65M092CFD,CSVX14N50B,CSBP15N65B,CSSX70M430,CSVX20N50B,CSSV050D120R3ON,CSSX60M940,CSVX2N60B,CSFF450R12KBF,CSSX65M390,CSCK15N120A,CSCX15N65A,CSCX6N65A,CSTO2N10,CSSX65M110B,CSSD70M910B,CSSC600D120Z2MN,CSBW60N60CF,CSFP150R12DBF,CSVX2N65BK,CSBW50N65BH,CSSD100D170C6XN,CSSX60M350B,CSSW65M046CFD,CSSS300D120Z2MW,CSFP15R12CBF,CSBW40N120BF,CSFP50R12TBF,CSSS500D170C3MN,CSFP25R12EBF,CSSX70M900,CSSS380D170C3MN,CSVA12N65F,CSSX60M370,CSBM10N60BTB,CSBW40N65BF,CSFP50R12DBF,CSSA65M1150E,CSCX120R40BKX,CSGJ010R075,CSSX65M830B,CSTO4N85,CSSW65M030CCFD,CSSW60M115B,CSFF75R12RBF,CSSW65M065E,CSVX8N70,CSVX7N60B,CSGJ80R040,CSSS250D170C3MN,CSSX80M850B,CSVX4N65F,CSVX4N65B,CSCX10N65A,CSCX2N65A,CSSX65M810,CSFS200R12DBF,CSSX70M1K1B,CSGP10R033,CSFF200R12KBF,CSVX20N65F,CSSS200D120R3PN,CSVX20N65B,CSSS100D120R3ON,CSFP40R12CBF,CSHVIC25,CSSX60M190B,CSSW60M150B,CSSS100F120R3OW,CSSX65M165B,CSVX12N65B,CSSS100F120R3PN,CSSX70M360B,CSVX3N60BCFD,CSRC25U20AL,CSCZ120R30BKY,CSSX80M250B,LPHVIC75B,CSTD50N30R,CSFF150R12RB,CSVM03N60TA,CSVA8N65B,CSFF450R12MBF,CSSA70M180B,CSVM03N60TD,CSFF100R07RBF,CSFS100R12DBF,CSSX65M130B,CSTP80N60N,CSFF150R12KBF,CSCX120R30BKX,CSSC600D120R3MN,CSCX8N65A,CSFP25R12CBF,CSSX70M700,CSKP1N30AK,CSSX80M380B,CSCE1N40AKH,CSFF200R12KB,CSFP50R12FBF,CSSX65M1K0B,CSFF450R17MBF,CSTO3N60N,CSVX18N50B,CSVX4N70,CSCE40N120A,CSSX60M600,CSGJ06R030,CSSA65M180CFD,CSSS250D170G3MN,CSSX60M160,CSHVIC15,CSBW15N120BF,SSX65M450B,CSFF100R12RB,CSCX120R16BKX,CSSS050F120R3OW,CSBA15N65B,CSSD100F170C6XN,CSSC600D12R3MN,CSFB15R12WBF,CSSP65M600AKH,CSFF400R12KBF,CSVX7N65B,CSSA60M250CFD,CSFF150R12RBF,CSVM07N60TD,CSVX7N65F,CSSS300D120R3MW,CSBX20N60B,CSVM07N60TA,CSVA20N50F,CSSS300D170C3MN,CSBW40N60BF,CSFF600R12MBF,CSBL50N120B,CSBM15N60BTB,CSVX4N60B,CSSA70M230B,CSSD050D170C6XN,CSCK30N65A,CSRT80U40B,CSSS900D120R3TW,CSCX4N65A,CSFP40R12EBF,CSBA10N60E,CSFF300R17KBF,CSSD050F170C6XN,CSBX10N60B,CSVX6N70,CSBW25N60BF,CSSX65M380B,CSBC15N60B,CSVX5N50CCFD,CSSW60M043CFD,CSGJ10R7,CSBW25N120BF,CSHVIC75,CSVX12N60B,CSCC6N120A,CSVA11N70,CSTO3N60,CSBX10N65EF,CSFF300R12KBF,CSSX70M1K,CSVX2N65B,CSSX60M160CFD,CSSS600D120Z2MW,CSSD100D120Z2QN,CSVX4N150D,CSSS1000D170C3XN,CSSX70M420B,CSFB600R12DBF,CSBA15N60B,CSFF300R12KB,CSSX65M1K6,CSVA13N50F,CSBL75N120BF,CSSX60M760,CSSX60M082,CSFF100R12RBF,CSFP15R12WBF,CSFF150R07RBF,CSGC20R170,CSRT60U30B,CSSX65M650,CSSX70M290,LPHVIC2A

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