大功率电机驱动的注意事项
对于汽车动力总成应用,典型的48V电机驱动系统需要10kW至30kW的电功率。传统的12V电池系统无法满足该功率水平,因此必须采用48V架构来支持大功率电机驱动。
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如图1所示,48V电机驱动器控制外部金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET),以使电机旋转。这些外部MOSFET必须支持600A以上的电流才能实现30kW的功率目标。有效减小MOSFET的RDS(on)可减小热耗散和导通损耗,在某些情况下,每个通道中并联多个MOSFET将有助于分散热量,如应用手册《使用DRV3255-Q1驱动并联MOSFET》中所述。MOSFET的总栅极电荷可能高达1,000nC。
设计人员还需要优化由开关损耗引起的功率耗散,以使整个解决方案符合汽车电磁兼容性(EMC)规范。高栅极电流栅极驱动器(如DRV3255-Q1)可以驱动高栅极电荷MOSFET,其峰值源电流高达3.5A,峰值吸电流高达4.5A。即使在栅极电荷为1,000nC的情况下,如此高的输出电流也可以实现很短的上升和下降时间。可选的栅极驱动器输出电流水平使您可以微调上升和下降时间,从而在开关损耗和电磁兼容性(EMC)之间进行优化。
图1:大功率48V电机驱动器的最常见电源架构
即使电池的标称电压为48V,电源电压也可能因运行期间的瞬态情况而发生很大的变化;请参阅图2中国际标准化组织(ISO)21780规定的电压水平。此外,考虑到MOSFET寄生体二极管的反向恢复时间,电机驱动器引脚需要能够承受负瞬态电压。