功率级保护，电流感应，效率分析和相关的TI设计

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