电机驱动器为什么能广泛运用

有了这么多强大的工具选项，设计兼容性可能是一场斗争。了解更多关于利用金属氧化物半导体场效应晶体管的信息(mosfet)的挑战
在当今的电动工具市场上，电池电压和扭矩的要求非常广泛，这往往导致设计和使用不同的平台来支持有限范围的产品，这可能会带来各种兼容性的挑战。一般来说，如果使用一个单一的行业平台来服务于计划的产品范围，它可以从研发计划中节省大量的时间和成本。
本文讨论了电动工具对电压和扭矩的要求范围，并给出了低功率和大功率栅极驱动器的实例计算。此外，它旨在解释如何解释散热器的要求和数量 mosfet 正在使用，等等。
电动工具选择的广泛性
一些电动工具阵容跨越12v 到24v 其他跨越12的范围v 到60v 范围(甚至高达80v 与一些草坪工具一起工作)。由于这些操作电池电压较高，需要多个负瞬变驱动器输出阶段才能引入更大的负瞬变 PCB 从抓斗袋和高功率电机驱动芯片的低功率设计。
普通无刷直流电机(BLDC)或半桥，如图1所示，跨越市场上所有电动工具设计的驱动芯片，将减少开发和生产新电动工具所需的时间和精力，整合软件开发时间和 PCB 设计/测试周期。

图1. 半桥 MOSFET 功率段示例

Such a platform must allow for the full range of maximum voltages across those devices: many motor driver devices, for example, have a maximum supply voltage of only 40 V. This does not leave adequate margin in most 24 V or 36 V systems to deliver a robust design that can withstand the harsh voltage transients that may arise on the power-tool voltage supply during motor operation.
这样的平台必须考虑这些设备之间的所有最大电压范围： 例如，许多电机驱动设备的最大电压只有40 v。这并没有留下足够的空间，在大多数24伏特或36伏特系统中，提供一个强大的设计，可以承受恶劣的电压瞬变，电机运行中可能提供的电动工具电压。
独立栅极驱动器具有更宽的电源电压范围，能够承受这些瞬变(如下面讨论的50)v 以及更高的栅极驱动器) ，这将节省系统设计师在大跨度电动工具电池上通用设计的时间和资源。
对于功率较大的48v、60v 或80v 三相集成系统 bldc 的解决方案较少。图2显示了一个应用程序示例图。

图2. 一个80v 门驱动程序的应用程序示例图

当电力分布在紧凑的高压半桥电路板周围时，必要的电动工具设计可能更容易实现。mm × 3mm DFN 封装中的100v 半桥有助于实现这一目标。
宽电源电压范围可用于小型12v 80个更大功率的钻机或80个v 单 PCB 为了节约低功耗工具的成本，架构管道修整器可以根据所需的功率水平进出各种类型的管道修整器 mosfet。
计算大功率、小功率门极驱动器
高端电动工具通常支持延长工作时间或频繁、快速、高功率的爆发。它们也可能有超过1200-磅或130牛米的峰值扭矩，通常是2000转。
另一方面，由电池驱动的割草机扭矩较小，但仍需长时间高速运行。这就要求门驱动器能够驱动12伏、30千瓦峰值电钻和80伏，作为一个共同的平台.5千瓦割草机。
当两种工具的共同额定扭矩转换为动力时，驾驶员需要调整的跨度如下：

例如，大功率钻头的峰值：

另一方面，低功耗、长期使用的割草机计算会产生以下结果：

以上功率水平要求设计师确定什么驱动器和 MOSFET 在任何给定的系统中使用。在使用各种电动工具时，设计过程中的关键步骤是适当考虑这里的广泛结果。
大多数驱动器提供7 v 到13 v 格栅极驱动电压。打开总栅极电荷需要多少电流 MOSFET，它是最常用的 MOSFET 中变化很大，在其标称的10 v。低剖面40 v 额定 DFN MOSFET 总栅极电荷65 nC，而一个100 v 额定 MOSFET 总栅极电荷可能只有35个 nC。
为确保支持全功率谱的工具阵容，设计师必须调整平均值 VREG 驱动器可以提供电流 MOSFET 的栅极，使 MOSFET 处于通态。
此外，设计师必须考虑最大源和汇电流，以确保 MOSFET 脉宽调制快速通过密勒区，但限制因素(PWM)驱动频率和 MOSFET 尺寸将是平均的 VREG 网极驱动器可由电流驱动器提供。
确定在给定 PWM 频率下保持 mosfet 处于通态所需的平均水平 VREG 驱动(Iavg)电流方程为：

驱动方案驱动 mosfet 数量发生：

• 6(6)正弦驱动器
• 梯形驱动器用于梯形驱动器
• 四、二相正弦激励
  在这些例子中，一个 PWM 频率设置在20千赫以上。
  下图显示了格栅驱动器提供的电流与驱动频率之间的关系。
  

图3。共同驱动器 IREG 维持6个35数控 mosfet 在不同的 PWM 频率
使用上述平均电流公式，我们可以看到支持选定数量的频率 MOSFET 和选定的 MOSFET 网格电荷值 IREG 在线点显示在不同频率的正弦模式下驱动6个 mosfet 所需的电流。水平线显示最大电流选择的栅极驱动器可提供的参考线。
存在更多的 MOSFET 总栅极电荷的值是无限的。关键是设计师在选择驱动程序之前必须处理任何系统中的平均影响 VREG 驱动程序当前组件之间的相互作用。使用65纳米 MOSFET 10伏总格栅极电荷和15毫安驱动器平均电流驱动在20千赫兹将提供足够强大的格栅极驱动器空间。
低功率工具采用相同的设计，MOSFET 可以和较低的 id 一个高水平的例子，如图4所示，水平设备交换和高总门电荷。

图4. 一个先进的例子显示了电机驱动器如何灵活 PCB 设计
电动工具系统设计的下一个考虑因素是驱动器的鲁棒性。它将如何在恶劣的环境和大瞬变产生的高扭矩电机中执行？
当驱动器开关用于控制峰值功率为30千瓦的电机时 mosfet 必然会产生大的正负瞬态脉冲。系统设计师可以 MOSFET 大量电容器安装在桥接电源上，或选择具有内置瞬态保护的驱动器，以节省 PCB 空间和 BOM 成本。
Allegro MicroSystem’s的 Gate Driver Portfolio
系统，跨越12v 到80v 通常需要司机和高供应额定值来支持高功率18v 钻头和80v 割草机。虽然选择合适的集成三相无刷直流电机驱动有限，但一套能满足需求的100伏半桥。
考虑电动工具设计的例子产品是 Allegro A89500，一个100 v 半桥，可驱动系统高达30千瓦。峰值汇和源电流足够高，可以快速切换到开启状态 mosfet 与外部电阻高灵活性活性和强电磁兼容性(EMC)设计。独立的栅极驱动器供应然后支持所有需要的电流，以保持在高电流100% 占空比 mosfet 在通态。
Allegro 电动工具门驱动组合-50 v 级的 a4919和100 v 级的 a89500-提供直接嵌入电路的负瞬态保护。如下图5所示，是图表。

相位连接暂态鲁棒和 Allegro 与其他供应商门驱动器的最大电源电压额定值
A高侧栅极驱动器输出89500可在18 v 到100 v 在短时瞬态相位连接上承受电压。
虽然这个市场的其他一些选择是强大的 ~ 8 v 许多制造商只能支持相位连接 ~ 2 v 地下。这些不那么坚固的解决方案将需要为更加粗糙的大功率工具或重要的保护电路进行单独的多氯联苯设计，否则在电动工具市场的低功率端将不需要这些设计。
无论什么系统，目前可用的设备都可以为电动工具的设计提供一个公共平台。 a4919是一种小型直接驱动门驱动和强大的门驱动电路，可以支持大多数系统低于40伏。
A4915是一种大小相似的亚40设备 v 霍尔效应传感器供应和反馈电机驱动控制逻辑的工具和功能集成。 a卸载电机控制算法，内置控制逻辑节省空间，接口简单。
对于跨度从12 v 到80 v 工具组合，小而有能力 a89500半桥是最佳选择，容易驱动高总栅极电荷大功率 mosfet 或小型多组低功率 mosfet。所有这些设备的目的都是让系统设计师将电动工具阵容压缩到一个 PCB 这样可以节省测试时间，减少软件资源，使开发更快。

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• 老白的初衷是愿天下工程师 不走弯路”