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FlexMOS預(yù)驅(qū)動(dòng)器用于電機(jī)控制應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2022-03-01 來(lái)源:安森美 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】隨著業(yè)界在大電流電機(jī)控制應(yīng)用中用固態(tài)開(kāi)關(guān)取代機(jī)械繼電器,F(xiàn)LEXMOS?產(chǎn)品組合中的智能門極驅(qū)動(dòng)器可與外部MOSFET配對(duì)使用。安森美(onsemi)的預(yù)驅(qū)動(dòng)器方案賦能可擴(kuò)展的設(shè)計(jì)靈活性,以滿足不同的負(fù)載要求,可將電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用從一個(gè)電機(jī)擴(kuò)展到多達(dá)七個(gè),使這些產(chǎn)品成為廣泛的汽車車身電子應(yīng)用的理想選擇。


預(yù)驅(qū)動(dòng)IC的主要功能如下:


1.微控制器(uC)和外部功率MOSFET輸出級(jí)之間的接口。預(yù)驅(qū)動(dòng)器IC在微控制器低壓域(通常小于5.5伏)和汽車電池連接系統(tǒng)上的最大40伏之間提供隔離。


2.為高邊級(jí)提供門極過(guò)驅(qū)動(dòng),以能使用N溝道 MOSFET。


3.監(jiān)控和保護(hù)外部MOSFET和連接的負(fù)載,提高系統(tǒng)的魯棒性和診斷能力。


4.為導(dǎo)通和關(guān)斷曲線提供特定的交流特性,以最小化開(kāi)關(guān)應(yīng)用的電磁輻射和損失能效。


需要雙向電機(jī)旋轉(zhuǎn)的應(yīng)用使用外部MOSFET H橋配置——集成H橋以簡(jiǎn)化操作。相比之下,對(duì)熱管理和負(fù)載電流要求更高的應(yīng)用使用預(yù)驅(qū)動(dòng)器和外部MOSFET方案。由于通道數(shù)越多,預(yù)驅(qū)動(dòng)器的功耗就越容易管理,因此隨著系統(tǒng)中大電流電機(jī)數(shù)量的增加,全局系統(tǒng)響應(yīng)會(huì)顯著提高。單個(gè)門極驅(qū)動(dòng)器IC如NCV754x可監(jiān)控所有半橋節(jié)點(diǎn)和連接的負(fù)載,并防止由于故障情況導(dǎo)致的電機(jī)意外運(yùn)動(dòng)。


H橋架構(gòu)讓工程師能引導(dǎo)電機(jī)中的電流流動(dòng),如圖1所示。電流的方向決定了電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。


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圖 1:H 橋電機(jī)控制


流經(jīng)電機(jī)的電流量與電機(jī)速度和可用扭矩直接相關(guān)。如果電機(jī)中的電流增加,那么如果外部負(fù)載的扭矩要求保持不變,電機(jī)的速度就會(huì)增加?;蛘撸黾拥碾娏骺蔀橹剌d轉(zhuǎn)化為更高的扭矩,同時(shí)保持恒定的速度。


安森美的FLEXMOS預(yù)驅(qū)動(dòng)器含可編程電流源和校準(zhǔn)技術(shù),讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員從我們?cè)趯S脴?biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)市場(chǎng)提供的廣泛的N溝道MOSFET產(chǎn)品組合中進(jìn)行選擇。MOSFET產(chǎn)品推薦工具可用于為合適的應(yīng)用選擇合適的MOSFET。


預(yù)驅(qū)動(dòng)器拓?fù)涮峁└斓脑O(shè)計(jì)周期,以滿足基于不同汽車OEM規(guī)格、調(diào)節(jié)水平和模型類型而不斷變化的系統(tǒng)要求。


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圖2:NCV754x應(yīng)用圖


較短的設(shè)計(jì)周期是可實(shí)現(xiàn)的,因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)人員能針對(duì)不同負(fù)載調(diào)整MOS功率級(jí),同時(shí)保持其余硬件組件不變。在保持整體軟件流程的情況下,需要對(duì)軟件進(jìn)行少量的修改,以微調(diào)對(duì)新MOSFET的控制。從圖3 中可看出,在從同一產(chǎn)品系列中選擇預(yù)驅(qū)動(dòng)器方案時(shí),軟件開(kāi)發(fā)的IP重用更為明顯。


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圖3:NCV754x寄存器匯總


系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員采用多種預(yù)驅(qū)動(dòng)器選項(xiàng)可優(yōu)化成本,通過(guò)不同的通道組合實(shí)現(xiàn)OEM規(guī)范中要求的電機(jī)執(zhí)行器數(shù)量。由于預(yù)驅(qū)動(dòng)器的靈活性,各種終端應(yīng)用都可使用這些器件,包括:


●    座椅控制模塊

●    門鎖和門閂

●    升降門執(zhí)行器

●    天窗或天窗執(zhí)行器

●    車窗升降器


半橋驅(qū)動(dòng)器塊具有多個(gè)可編程的上拉和下拉電流源,用于為外部MOSFET的門極充電。圖4顯示了配置有外部MOSFET和電機(jī)負(fù)載的半橋預(yù)驅(qū)動(dòng)器的簡(jiǎn)化視圖。


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圖4:簡(jiǎn)化的半橋預(yù)驅(qū)動(dòng)器,控制外部MOSFET和電機(jī)負(fù)載


上圖中橙色突出顯示的可編程電流源實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的壓擺率控制。為了更快的導(dǎo)通,可分階段增加HS1的上拉電流源,以更快地給門極充電,從而為電機(jī)負(fù)載提供可預(yù)測(cè)的開(kāi)關(guān)行為。精確的壓擺率控制的顯著好處是賦能更高的脈寬調(diào)制(PWM)頻率,具有更嚴(yán)格的最小和最大占空比,并管理功率損耗和減少電磁輻射。


對(duì)于電機(jī)控制應(yīng)用,非常希望PWM高于20 kHz,以高于可聽(tīng)頻率范圍。占空比最小值和最大值的更好性能為具有不同扭矩要求的電機(jī)負(fù)載提供了先進(jìn)的速度控制。例如,對(duì)于重載或電機(jī)啟動(dòng)條件,需要更高的扭矩來(lái)保持速度恒定。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須增加占空比來(lái)增加電機(jī)的電流,以達(dá)到更高的扭矩。因此,希望以接近100%值的占空比工作。


由于高電流和高漏源電壓(VDS)工作點(diǎn),當(dāng)通道開(kāi)始導(dǎo)通時(shí),MOSFET的功率損耗最大。通常情況下,最好能從MOSFET的高VDS狀態(tài)快速過(guò)渡到全增強(qiáng)VDS階段。因此,在要求高的負(fù)載的PWM周期中,最小化開(kāi)關(guān)損耗。開(kāi)關(guān)過(guò)快會(huì)導(dǎo)致?lián)舸┦录?,從而?dǎo)致模塊退化或系統(tǒng)產(chǎn)生不良電磁輻射。


門極驅(qū)動(dòng)級(jí)的可選電流源讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證期間的熱或排放需求、生產(chǎn)階段的生產(chǎn)線末端校準(zhǔn),甚至在終端產(chǎn)品的生命周期內(nèi)進(jìn)行軟件更新時(shí),修改開(kāi)關(guān)配置文件。


除了MOSFET控制外,F(xiàn)LEXMOS半橋預(yù)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)監(jiān)測(cè)有源MOSFET的VDS,監(jiān)測(cè)并保護(hù)外部MOSFET和連接的負(fù)載,以防發(fā)生短路。圖5顯示了一個(gè)輸出波形和各種故障條件的例子。


選定的FLEXMOS預(yù)驅(qū)動(dòng)器在兩個(gè)獨(dú)立的部分提供VDS監(jiān)測(cè)方案:動(dòng)態(tài)VDS保護(hù)和靜態(tài)VDS保護(hù)。動(dòng)態(tài)VDS保護(hù)對(duì)開(kāi)關(guān)階段進(jìn)行監(jiān)控,而靜態(tài)VDS保護(hù)則在MOSFET完全導(dǎo)通時(shí)工作。對(duì)于在工廠生產(chǎn)線上編程的已知電壓與時(shí)間的開(kāi)關(guān)曲線,所選的FLEXMOS半橋器件可監(jiān)測(cè)輸出電壓(VHB)的進(jìn)展,并確定是否存在故障情況。


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圖5:半橋輸出開(kāi)關(guān)曲線和VDS保護(hù)


有關(guān)可編程電流設(shè)置、PWM工作和器件保護(hù)功能的深入信息,參考我們的應(yīng)用注釋——使用NCV7544、NCV7546和NCV7547半橋預(yù)驅(qū)動(dòng)器(AND90124/D)的MOSFET門極驅(qū)動(dòng)要求和初始參數(shù)設(shè)置方案以及參考工具。請(qǐng)通過(guò)安森美銷售團(tuán)隊(duì)申請(qǐng)?jiān)u估工具,以便進(jìn)行快速的工作臺(tái)評(píng)估。


來(lái)源:安森美,原創(chuàng) Nixon Mathew  



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