欢迎回来参加培训系列第四部分“电池供电型
电机驱动应用:设计高性能
功率级”。
在这一部分的培训中,我们将
讨论功率级[? 保护 ?]、电流感应、
效率分析以及几种 TI 设计。
需要的重要保护之一
是防击穿保护。
击穿的原因是什么?
当顶部和底部 FET PWM一起打开时,
或者 Cdv/dt 拾取同时导致高 [? 必然 ?] 和低 [? 必然 ?]
[? 导电性 ?] 时,即会形成击穿 。 如何
防止击穿呢?
TI 的高级栅极驱动器
具有 VGS 握手功能,其中网关
将会监控顶部和底部 FET 的 VGS
以避免击穿。
握手后插入[? 时间 ?]。
栅极 [? 驱动器 ?]可通过调整转换速率
并提供强下拉,帮助防止
Cdv/dt 拾取。
堵转或 [? 完全阻塞 ?] 是电动工具中可能发生的
最坏情况之一。
我们在培训的第一部分中讨论过,
模型中的堵转电流可能为额定电流的
20 至 30 倍或以上。
高级栅极驱动器通过监控 MOSFET 的
[听不清] 电压提供堵转电流保护功能。
可以在逐周期电流限制模式、
锁存关闭模式或仅报告模式下配置
电流限制保护。
测试结果表明,可以通过 DRV8303 实现
逐周期电流限制保护。
而且,右侧测试结果
显示了由 DRV8305
在 [? 模型 ?] 短路测试中提供的最后保护。
有关更多详细信息,请参阅 TI设计 TIDA00436 和 TIDA00771。
梯形控制和磁场定向控制中的
电流感应。
在梯形控制中,一次只有两个
模型相位导通,并且通过监测 [? 直流正 ?] 电流
可 测量相同的电流。
因此,单个电流传感器就足够了。
栅极驱动器 DRV830x 系列具有集成放大器,
可以使用这些放大器进行电流感应。
FOC 需要将两个或三个传感器
放在[? 反相 ?] [听不清] 上,
才可感应双极电流。
内部电流传感器具有可调的电平位移
基准电压,可帮助感应双极电流。
电流感应中的设计挑战是什么?
通常使用低价值的
电流传感器进行电流感应,
这有助于在[听不清] 系统中
引入 [? 适当负载 ?]。
因此,我们需要将[? 修正 ?] 放大器
与高增益带宽产品配合使用。
由于开关期间存在[? 感应 ?] [? 耦合 ?] 噪声,
因此,跨 [听不清] 系统的同一电压可能包含
尖峰。
在高 [听不清]期间,传感器系统的
电感也能够拾取尖峰。
测试结果表明,放大器捕获了
电压尖峰。
尖峰可导致所有电流误跳。
DRV830x 系列栅极驱动器的
集成放大器内提供的消隐时间
功能可帮助消除放大器输出中的电压尖峰。
底部测试结果显示了 500 纳秒
消隐时间的测试结果,我们
可以观察到所有电压尖峰均已消除。
电机功率级的效率和损耗分析。
导通损耗是另一种主要损耗。
为了降低导通损耗,请使用具有低 RDS_ON 的 FET。
使用具有高 Vgs 驱动能力的栅极驱动器。
为了降低开关损耗,请使用
具有低 Qg 的 FET和具有高栅极电流或
异形栅极电流的栅极驱动器。
选择最佳逆变器开关频率。
开关频率
取决于应用。
对于电动工具或园艺工具、
电动自行车等应用,使用低于 20 千赫的
开关频率。
对于需要磁场控制
或 [听不清] 控制的低电感模型,使用 40 至
100 千赫的开关频率。
在真空吸尘器等以高于 100 kRPM 的
速率运行的高速电机中,使用高于 40 千赫的
开关频率。
为了降低二极管损耗,我们需要优化
死区时间和 dv/dt。
在开关频率介于30 至 60 千赫的
典型功率级中,如果分离损耗,
则导通损耗约占总损耗的 60% 至 80%。
开关损耗占总损耗的 10% 至 25%,
二极管导致的损耗占 5% 至 10%。
现在,让我们仔细查看适用于
电动工具的一些 TI 设计。
TIDA-00771 是一种适用于电动工具内的
[听不清] 或 BLDC 模型的驱动器,这些电动工具
使用三节锂离子电池,电池电压低至 12.6 伏,
适合防火墙。 此设计使用基于精密紧凑型
MOSFET 的 [听不清]逆变器,可连续
输送 20 安培的 RMS绕组电流,并可输送持续
一秒钟的 70 安培峰值电流,它不使用外部冷却或
散热器。
此设计是 45MM x 50MM紧凑型驱动器,
实施基于传感器的梯形控制。
栅极驱动器内部架构提供的低速率控制
和 [听不清] 可确保在整个工作电压
范围内具有最高的
功率级效率,
并且使用 [听不清]性能。
功率级具有高于 97% 的效率。
TIDA-00772 是一种电压为 18 伏、功率为 400 瓦、
效率为 98% 的紧凑型[听不清] 直流模型
驱动器,具有堵转电流限制保护。
此设计的工作电压范围为 5 伏至 21 伏。
[听不清] 锂离子电池。
支持在 1 秒钟内提供18 [? 安培 ?] RMS 连续
绕组电流、60 RPM峰值,
而无需散热器或气流。
[? 板 ?] 的外形小巧,
可以灵活地安装在所述的电动工具中,
高效率可带来更长的电池持续时间,
并且 60 RPM电流容量
可在电动工具中提供高的瞬时峰值 [听不清]。
TIDA-00285 是一种功率为 1 千瓦、电压为 36 伏的
功率级,适用于电池供电型
园艺工具和电动工具中的无刷模型。
此设计支持 36 伏直流输入,适用于 10 节锂离子电池,
并可传输高达13 安培的 RMS 连续
绕组电流。
此设计实施了磁场定向控制。
TIDA-00436.
适用于 BLDC 模型的36 伏,32 安培功率级,
具有逐周期[? 启动 ?] 电流限制。
此设计对 [听不清]较低驱动实施
梯形控制,具备所有保护。
我们总结一下在[听不清] 的最后一个系列中
讨论过的内容。
我们讨论了电池供电型
电机驱动应用、为电动工具中的
功率级设计确定了高性能参数,
并讨论了如何选择MOSFET 和栅极驱动器
以实现高性能。
我们仔细探讨了功率级设计的各个方面,
并发现 MOSFET 和栅极驱动器的选择
并非相互独立。
有关更多信息和读物,请访问
www.ti.com/solutions/powertoolsti.com/tidesigns,您可以在其中
找到多种TI 设计,
并且您可以根据应用或 [听不清] 进行选择。
访问 Ti.com/mosfets 可查看德州仪器 (TI) 提供的所有
FET 产品。
访问 ti.com/motordrivers 或 gatedrivers可查看德州仪器 (TI) 提供的所有
课程介绍
共计1课时,9分56秒
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