技术分享 | 用于无人机电调中的MOSFET解析

时间： 2024-08-12 来源：瑶芯微电子公众号

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MOSFET,无人机专用MOSFET,屏蔽栅沟槽MOSFET,AKG3N009GL-T

前言

无人机起步于军用领域，近年来得益于在民用市场的开疆扩土，无人机的渗透力越来越大，并正在定义一个区别于传统航空业全新的“低空经济”。而其中核心组成部分电调(电子调速器)则被视为无人机“大脑”，在无人机上的主要作用是将直流电转换为交流电，并根据油门控制器接收到的数据信号控制电机的转速。

无人机电调技术特点

电调系统中驱动电机的功率主电路是三相全桥逆变电路，通常由电池(3S-8S电池电压11.1-33.6V)供电，逆变成三相交流电供无刷电机使用，如图1所示为无人机电调主电路结构图。由于电池电压很低，而驱动螺旋桨的电动机转矩要求很大，为达到出力要求，三相逆变器输出电流很大，因此驱动无人机电动机系统的逆变器需采用低压大电流三相逆变器。

图1 无人机电调主电路结构图

电调中的MOSFET要求

无人机电调中的MOSFET管，在续航提升、电调性能等方面发挥着关键作用。因此采用低压大电流三相逆变电路还有以下突出问题需要解决：

1. 基于无人机的应用场景，逆变电路除了需要极高功率密度以外，还要求逆变器具备高可靠性以满足各种复杂飞行环境。

2. 由于逆变器电流较大，为了减小MOSFET的导通损耗和导通压降，必须选择Rds_on小的开关器件，而Rds_on小的器件型号耐压值一般较低，开关过程中由杂散电感引起的dv/dt有可能导致开关器件产生电压击穿，从而损坏设备。因此必须要通过合理的设计或者采取额外的措施，减小杂散电感的影响，抑制开关过程的电压过冲，防止MOSFET电压击穿。

3. 由于无人机瞬间急加减速或者飞行过程意外堵转，这个时候流过MOSFET电流瞬间变大几倍，为了保证无人机在大电流下不失速，需要考量器件大电流快速关断能力。

基于以上应用特点，瑶芯微推出了无人机专用MOSFET，采用屏蔽栅沟槽MOSFET AK1G4N013G-T，该器件Rds_on 最大1.3 mOhm，电压40V，DFN5X6封装，且具备超大电流关断能力，抗雪崩能力强等特点。

雪崩特性

该器件具有超强雪崩能力，使用双脉冲测试在Rg=0Ω，L=2.5uH条件下测试雪崩波形如图2所示，=435.3A，雪崩时间12us，雪崩能量

图2 雪崩测试波形

大电流快速关断特性

该器件具备大电流快速关断能力，同样使用双脉冲测试在Rg=0Ω，L=6uH下测试，大电流快速关断工作波形如图3所示，MOSFET在关断时电流达777A，器件在超大di/dt下仍然快速关断，关断过程中工作在线性区。

图3 大电流关断测试波形

附无人机电调应用推荐型号：

关于瑶芯

瑶芯微电子科技(上海)有限公司主要致力于功率器件、智能传感器和信号链IC的设计、研发和销售，主营产品为功率器件(中低压Trench MOS以及SGT MOS，高压SJ超结MOS，IGBT，FRD，SiC MOS和SiC 二极管)和MEMS传感器以及信号链IC。主要应用领域为：消费类和工业类以及车载的功率器件应用(比如手机快充，工业开关电源，光伏储能逆变器，车载OBC，主驱逆变，各类工业/车载电机和BMS 应用)以及消费类电子市场、医疗与工控领域的MEMS传感器产品和信号链IC，具备自有知识产权、可国产替代的高可靠性和高性价比。

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