【经验】解析PWM驱动时寄生二极管进行电流再生的功耗是否会大于计算值？

时间： 2021-10-22 来源：ROHM

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ROHM在本文将谈一谈使用有刷直流电机驱动器IC进行PWM驱动时，通过输出MOSFET的寄生二极管进行电流再生时的功耗。之所以讨论这个话题，是因为再生时的实际功耗可能会大于估算值，在某些情况下可能会引发问题，所以需要注意。

通过MOSFET的寄生二极管进行电流再生时，功耗是否会大于计算值？

当通过输出MOSFET的寄生二极管进行电流再生时，其功耗应该是寄生二极管的正向电压×电机电流。然而实际上，有时功耗可能会大于这个计算值。其原因是当电流流过输出MOSFET的寄生二极管从而产生正向电压时，MOSFET结构上固有的寄生晶体管会工作，电流从电源流向GND。这个电流小到不足流过二极管的电流的几十分之一，但功耗是“电源电压×电源－GND间电流”，是电源电压较高时不可忽视的值。

下面将从驱动器输出MOSFET的状态、电流的流动以及输出MOSFET的结构角度来解释说明这种现象。

首先来看电流再生时输出MOSFET的状态和再生电流的流动情况。下面是H桥电路，但其中省略了与工作无关的MOSFET。（a）是给电机供给电流时的电路，（b）和（c）都是电流再生时的电路，但由于有两种电路状态，所以将（b）命名为“电流再生时1”、将（c）命名为“电流再生时2”。

（b）电流再生时1是在供给电流时将导通的Q1关闭、而Q4保持导通。在这种状态下，电流通过关断状态的Q2的寄生二极管和导通状态的Q4再生。

（c）电流再生时2是在供给电流时将导通的Q1和Q4关断，所有MOSFET处于关断状态。在这种情况下，电流通过Q2和Q4的寄生二极管再生。

接下来，为了说明导致流过附加电流的寄生晶体管，给出了电机驱动器IC的输出MOSFET的结构示意图（截面图）。在上面的电路图中，高边使用了Pch MOSFET，低边使用了Nch MOSFET，所以下图中也分别列出了它们的结构。

在输出Nch MOSFET中，由漏极D的N型扩散层、元件分离用的P型扩散层和连接到电源的N型扩散层（在这里是连接到输出Pch MOSFET的源极S），可以形成寄生NPN晶体管Qa。

当再生电流流过这个Nch MOSFET的源极和漏极之间的寄生二极管Di_a时，由于元件分离P型扩散层是与GND相连接的，因此寄生NPN晶体管Qa的基极和发射极之间的二极管也会产生正向电压。为此，寄生NPN晶体管Qa导通，流过集电极电流并从电源Ea汲取电流。

对于输出Pch MOSFET来说，原理也相同。可以由漏极D的P型扩散层、与源极S共用的背栅N型扩散层、元件分离等的P型扩散层来形成寄生PNP晶体管Qb。

当再生电流流过该Pch MOSFET的源极和漏极之间的寄生二极管Di_b时，寄生PNP晶体管Qb导通，流过集电极电流，且电流流向GND。

当再生电流流过输出MOSFET的寄生二极管时，电流通过寄生晶体管在电源和GND之间流动。一般来讲，流过的电流比再生电流小两个数量级左右，但会因IC所使用的工艺和MOSFET的布局而有很大差异。因此，当通过输出MOSFET的寄生二极管使用电流再生时，需要确认通过这些寄生晶体管流过的电流大小。

例如，在“（c）电流再生时2”中，假设电源电压Ea=24V，再生电流Io=1.0A，Nch MOSFET寄生二极管的正向电压VF_N=0.8V，Pch MOSFET的寄生二极管正向电压VF_P=0.95V，Nch MOSFET的寄生晶体管和Pch MOSFET的寄生晶体管的电源和GND之间流动的电流与再生电流之比都为k1=1/100，则功耗Pc如下：

Pc＝Io×（VF_N＋VF_P＋2×k1×Ea）
＝1×（0.8＋0.95＋2×1/100×24）

＝1.75＋0.48＝2.23W

在这个示例中，流经寄生晶体管的电流对功耗的影响是绝对不能忽视的。在电源电压Ea高时需要注意。

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ROHM（罗姆）传感器产品选型指南（英文）

目录- Company Profile Motion Sensors Environment Sensors Interface Wireless Communication Sensor Control Evaluation Kits R&D Sensors Thin-Film Piezoelectric MEMS Service Package

型号- BU52492NUZ,BH1790GLC,BU52274NUZ,BU52040HFV,WQFN32,WSOF5,WQFN40,WSOF6,RLD82PZJ1,SIR-568ST3F,RPMD-0100,TCM 310,ML7396D,RPT-38PB3F,ML7396A,RLD94PZJ5,BU21170 MUV,BU52074GWZ,BU21180FS,RLD94PZJ7,SOP16,RPR-0521RS,USB 400J,RPI- 441C1E,STM 431J,KXG07,ECO 200,BH1900NUX,KXG08,BU52073GWZ,BU21077MUV,BU21029MUV,VQFN028V5050,KX022-1020,BP35A1,BM1386GLV,BP35C2,BM1383AGLV,KX122-1037.KX122-1037,BP35C0,VQFN024V4040,SIM-22ST,BU21025GUL,PTM 330,BH1620FVC,ML7404,ML7406,PTM 210,BH1682FVC,WSON008X2120,RLD85PZJ4,WLGA010V28,ML7416N,BU52075GWZ,BDJXXX0HFV,BU52098GWZ,RPI-441C1,BH1726NUC,RPI-0352E,BD9251FV,BH1749NUC,BU21170MUV,BD1020HFV,BU52493NUZ,RPI-222,SSOP5,VSON008X2030,KX122-1037,RPI-221,RLD85NZJ4,PTM 210J,SSON004X1216,BU52494NUZ,1053KX222,ML630Q464,RLD84NZJ2,ML630Q466,KMX62-1031,BU52092GWZ,RPT-34PB3F,KX123-6000,BH1721FVC,ML7066,BU21079F,K X112-10 42,KX224-1053,BU52097GWZ,RPI-441C1E,KX126-1063,BH1792GLC,PTM 430J,BU52273NUZ,RLD84PZJ2,RPR- 0521RS,STM 429J,ML610Q793,STM 300,ML620Q503H,BU21027MUV,TCM 410J,ML7344J,ML7344C,BU21023GUL,BH1680FVC,KX222,BM1422AGMV,MK71251-02,MK71251-01,SIM-030ST,BP3580,KX112-1042,ML620Q504H,BH1730FVC,BU52054GWZ,MK71050-03,BP359B,ML7345D,ML7345C,BP3599,SIR-34ST3F,RPI-352,BP3595,BGA81,KXTC9,RPT-37PB3F,BP3591,BU52272NUZ,BU52792GWZ,SIM-040ST,KX126 -1063,ML630Q791,VCSP50L,SIR-563ST3F,BH1603FVC,RLD94NZJ7,RLD94NZJ5,RPI-125,RPI-246,RPI-121,USB 300,C-QFN24,RPI-122,RPI-243,BU21028FV-M,RPM-22PB,SIR-341ST3F,BU21026MUV,KX222-1054,SSOP-B20,VQFN020V4040,SSOP-B28,SIR-56ST3F,BU21023MUV,BU52078GWZ,UCSP35L,HVSOF5,ML62Q1000,KX124-1051,SSOP-B14,KXCJB-1041,KXTJ3-1057,BD7411G,BU52095GWZ,BU21072MUV,K X TJ3 -10 57,BU52177GXZ,BU21078FV,KXG03,KXG07-1080,BU21024FV-M,RPI-0226,ML610Q794G,MK71251-02B,MK71251-02A,RPI- 441C1,BU52077GWZ,VQFN48,ML7345,STM 320,RLD82NZJ1,HSM 100,BU52055GWZ,BU21029GUL,RPM-20PB,STM 400J,BU52072GWZ,SIM-20ST,KX123,KX122,BU21078MUV,RPI-0125,STM 331,ML8540

选型指南 - ROHM - Vol.3.1 - 05.2018 PDF 英文下载

ROHM（罗姆）IC/功率元器件/分立式元器件/无源元器件/光学元器件/模块选型指南（中文）

目录- ComfySIL™品牌介绍 IC 功率元器件分立式元器件无源元器件光学元器件模块品名索引

型号- BD7673AG,SMLEN3BC8T,DTC014EM,ML7183 [J],BD3473KS2,KA2004-H05N20A,BM2LB300FJ-C,RCJ220N25,BU7295S,SML-S13UT,BU43XXG SERIES,DTC143TEB,KD3001-H0JN11,RSX101VYM30,BH25RB1WGUT,BD7602GUL,KD2004-G0FW00A,BD82001FVJ-LB,BD12IC0MEFJ-LB,BD60A00NUX,RB238NS150,RCX160N20,SML-D12Y8W,SMLA12BN8T,BR25H128,LA-301VL,RBE2VAM20A,LA-301VB,BD70GA5MEFJ-LB,SML-811UT (A),BM61M41RFV-C,SML-010VT,BD9C301FJ,BU1BTD2,DTA124XM,ECO 200,BD15GC0MEFJ-LB,BM2SC123FP2-LBZ,RS3L110AT,RB298T100,DTC143TCA,BD18HC0MEFJ-M,BD46EXX1G-M,RSS060P05,BD71L4LG-1,BR25H160,DTA124XE,BR25A512,BU27030NUC,BD30IC0W,RGPR20BM36HR,BD95821MUV,DTA123JKA,BD6995FV,BH76206HFV,KD2002-G0JB10A,SCT4036KW7HR,BD00GC0MEFJ-M,BD8158FVM,BR24HXXX-5AC系列,SML-S13VT,RD3P175SN,BU97941FV,HS8K11,BD53XXG-2M SERIES,RQ5L015SP,BH7673G,SML-Z14Y4T,BD52XXG-2C,BD47XXG SERIES,BD6046GUL,BU7291S,RGW60TS65HR,KDZLV SERIES,BUS1DJC0GWZ,BD18HC5MEFJ-M,SML-D12Y3W,BM2P0361K-Z,SML-P11YT 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选型指南 - ROHM - 2022版 - 06.2022 PDF 中文下载

ROHM Develops the Industry‘s Smallest CMOS Op Amp Optimized for Smartphones and Compact IoT Devices

ROHM has developed an ultra-compact 1.8V - 5V, rail-to-rail CMOS operational amplifier - the TLR377GYZ. It is optimized for amplifying signals from sensors such as temperature, pressure, flow rate, used in smartphones, small IoT devices, and similar applications.

产品发布时间 : 2024-08-03

ROHM(罗姆) IC/功率器件/分立式半导体/无源元件/光学器件/模块选型指南

描述- ROHM launched the ComfySIL™ brand for customers involved in the design of functional safety to use products that support SIL (Safety Integrity Level) in a ‘Comfy’ (comfortable) manner, and for social systems' greater safety, security, and convenience to which ROHM can contribute through its products.

型号- DTC143TE3,KA2004-H05N20A,ML62Q20XX,RCJ220N25,SML-S13UT,DTC143TEB,RSX101VYM30,SML-D12M8W(C),SDR,R6002JND4,BD60A00NUX,RB238NS150,SML-D12Y8W,SMLA12BN8T,MG6405WZ,BDJ0GA3VEFJ-M,SML-811UT (A),SML-010VT,BD94130EFV-M,DTA124XM,BM2SC123FP2-LBZ,RS3L110AT,RB298T100,DTC143TCA,RSS060P05,BD71L4LG-1,SFR,BR25A512,RGPR20BM36HR,BD95821MUV,BD6995FV,KD2002-G0JB10A,BU23TD2W,SML-S13VT,BD12IC0WEFJ,BU97941FV,SLI-325YC(W),RQ5L015SP,BH7673G,SML-811UT (C),BD52XXG-2C,BD6046GUL,RGW60TS65HR,BD10KA5WFP,BA03CC0FP,SML-D12Y3W,BM6241FS,BD450S5FP2-C,MH2206WZ,BD63521EFV,BU94702AKV,SML-S13PT,RB168MM200,DTC144WCA,BD22621G-M,SLI-343URC,RS6R035BH,BDJ2FC0WFP,RGT20NL65,DTD123TC,DTA015TUB,BD750L5FP-C,BM521Q25F,R8003KNX,BD52XXG-1 SERIES,SML-D12D8W (C),DTA023YEB,UCR006,BD95514MUV,BD9S200MUF-C,SML-H10PD2B,DTD123TK,RFN6T2D,IMX25,BD80FD0WHFP,R6000ENH,SML-S13RT,BU64253GWZ,BD70GC0VEFJ-M,BD52XXG-2M,RBR2LAM30A,CSL0902DT 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