【技术大神】智能电机控制系统应用之MOSFET的设计经验分享

时间： 2019-08-29 来源：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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