作者：德州儀器Brett Barr
本文主要討論特定終端應用需要考慮的具體注意事項，首先從終端應用中將用于驅動(dòng)電機的FET著(zhù)手。電機控制是30V-100V分立式MOSFET的一個(gè)龐大且快速增長(cháng)的市場(chǎng)，特別是對于許多驅動(dòng)直流電機的拓撲結構來(lái)說(shuō)。在此，我們將專(zhuān)注于討論如何選擇正確的FET來(lái)驅動(dòng)有刷、無(wú)刷和步進(jìn)電機。盡管很少有硬性規定，且可能有無(wú)數種方法，但希望本文能讓您基于終端應用了解從何處著(zhù)手。
要做的首個(gè)也許是最簡(jiǎn)單的選擇是你需要何種類(lèi)型的擊穿電壓。由于電機控制往往頻率較低，因此與電源應用相比會(huì )產(chǎn)生較低的振鈴，因此輸入電源軌與FET擊穿之間的裕度會(huì )更積極（通常以犧牲使用緩沖器為代價(jià)），以獲得電阻更低的FET。但一般來(lái)講，BVDSS與最大輸入電壓VIN之間保留40%的緩沖并非一個(gè)糟糕的規則——具體視你預期的振鈴次數以及你愿意用外部無(wú)源元件抑制所述振鈴的數量而定，一般會(huì )多10%或少10%。
選擇封裝類(lèi)型可能是最關(guān)鍵的決策，完全取決于設計的功率密度要求（參見(jiàn)圖1）。在2A以下，FET經(jīng)常（但不總是）被吸收到驅動(dòng)器集成電路（IC）中。在10A以下的步進(jìn)電機和低電流有刷和無(wú)刷應用中，小尺寸PQFN器件（SON 2mm x 2mm，SON 3.3mm x 3.3mm）可以提供最佳功率密度。若您優(yōu)先考慮低成本而非更高的功率密度，那么采用老舊的SOIC型封裝即可勝任，但不可避免地會(huì )占用印刷電路板（PCB）更多的空間。
圖1：用于驅動(dòng)不同電機電流的各種封裝選項（封裝未按比例顯示）
小型電池供電工具和家用電器占用的10A-30A空間是5mm×6mm QFN的最佳選擇。除此之外，電流更高的電動(dòng)和園藝工具傾向于并聯(lián)多個(gè)FET，或采用如D2PAK的大型封裝器件或如TO-220的通孔封裝。這些封裝可容納更多硅，從而降低電阻、提高電流能力和優(yōu)化散熱性能。在大型散熱器上安裝通孔封裝可實(shí)現更多損耗，并可消耗更多功率。
器件可耗散多少功率同樣取決于終端應用的熱環(huán)境和FET封裝的熱環(huán)境。盡管表面貼裝器件通常會(huì )通過(guò)PCB散熱，但你可以將其他封裝（如上述TO-220或TI的DualCool™功率模塊器件（下圖2）連接到散熱器，以便從電路板上吸熱，并增加FET可消耗的最大功率。
最后需考慮的因素是你面對的電阻。在某些方面，選用FET來(lái)驅動(dòng)電機比選擇用于電源的FET更簡(jiǎn)單，因為較低的開(kāi)關(guān)頻率決定了傳導損耗在熱性能中占主導地位。我并不是說(shuō)可以完全忽略PLOSS估計中的轉換損失。相反，我們已經(jīng)看到了最壞情況，其中開(kāi)關(guān)損耗可占系統總PLOSS的30%。但這些損耗仍是傳導損耗所帶來(lái)的繼發(fā)因素，因此不應成為你的首要考慮因素。圍繞超高失速電流設計的電動(dòng)工具通常會(huì )使FET達到最大耐熱性，因此你所選封裝中的最低電阻器件是一個(gè)很好的起點(diǎn)。
在總結之前，我想重溫一下前面所述的功率模塊器件。40VCSD88584Q5DC和60VCSD88599Q5DC是采用單個(gè)5mm×6mm QFN DualCool封裝（見(jiàn)圖2）的兩個(gè)垂直集成的半橋解決方案。這些器件會(huì )加倍減小傳統分立式5mm×6mm器件所提供的單位占位面積的低電阻，同時(shí)為散熱器的應用提供外露金屬頂部，因此非常適合在空間受限的應用中應對更高的電流（40A或更多）。
圖2：堆疊芯片功率模塊機械故障
在為您的設計采用更大的TO封裝之前，不妨在其中一個(gè)電源模塊上運行數字，看看你是否可以同時(shí)節省PCB占用空間和散熱器尺寸。 |
