电动东西、 园艺东西和吸尘器等家电运用低电压(2至10节)锂离子电池供电的电机驱动。这些东西运用有刷直流(BDC)或三相无刷直流(BLDC)电机。BLDC电机功率更高、保护少、噪音小、运用寿数更长。
驱动电机功率级的最重要的功用要求是尺度小、功率高、散热功用好、保护牢靠、峰值电流承载能力强。小尺度可完成东西内的功率级的灵敏装置、更好的电路板布局功用和低本钱规划。高功率可供给最长的电池寿数并削减冷却作业。牢靠的操作和保护可延长运用寿数，有助于进步产品名誉。
为在两个方向上驱动BDC电机，您需求运用两个半桥(四个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))组成一个全桥。要驱动三相BLDC电机，需求运用三个半桥(六个MOSFET)组成一个三相逆变器。
运用TI的选用堆叠管芯架构的CSD88584Q5DC 和CSD88599Q5DC电源模块(小型无引线(SON)，5mm×6mm封装)，您可经过两个电源模块和只带三个电源模块的三相BLDC电机在两个方向驱动电机，如图1所示。每个电源模块衔接两个MOSFET(高侧和低侧MOSFET)，组成一个半桥。
图1：不同电机驱动拓扑中的功率块MOSFET
咱们来看看这些功率块可带给无绳东西电机驱动子体系规划的优势。
功率密度倍增
CSD885x功率块中的两层堆叠芯片技能使印刷电路板(PCB)面积达到了之前的两倍，与分立MOSFET比较，PCB占地面积削减了50%。
与相同功用等级的分立MOSFET(5mm×6mm)比较，在同一封装中集成两个FET的功率块可让用于逆变器拓扑的三相PCB面积削减90 mm2(3 x 5mm-6mm)。MOSFET互连轨迹将与在带分立MOSFET的PCB中运转，而更高的作业电流也要求更宽的PCB轨迹，因而PCB尺度的节约值实际上远超90 mm2。大多数无绳电动东西运用至少运用四层PCB，铜厚度大于2盎司。因而，经过电源模块节约PCB尺度可大大节约PCB本钱。
具有低寄生效应的清洁MOSFET开关
图2所示为功率级PCB规划中由元件引线和非优化布局引起的寄生电感和电容。这些PCB寄生效应会导致电压振铃，然后导致MOSFET上的电压应力。
电机绕组
图2：功率级半桥中的寄生电感和电容。
振铃的原因之一是二极管反向恢复。由快速开关引起的高电流改变率或许导致高二极管反向恢复电流。反向恢复电流流经寄生布局电感。由FET%&&&&&%和寄生电感构成的谐振网络引起相位节点振铃，削减了电压裕度并增加了器材的应力。图3所示为因为电路寄生效应引起的具有分立MOSFET的相位节点电压振铃。
运用电源模块时，具有衔接两个MOSFET的开关节点夹将高侧和低侧MOSFET之间的寄生电感保持在肯定最小值。在同一封装中运用低侧和高侧FET可最大极限地削减PCB寄生，并削减相节点电压振铃。运用这些电源模块有助于保证滑润的驱动MOSFET开关，即便在电流高达50A时也不会呈现电压过冲，如图4所示。
图3：具有分立MOSFET的相节点电压振铃和电压过冲
图4：带有电源模块的清洁相位节点切换波形
低PCB损耗，PCB寄生电阻下降
功率块有助于削减PCB中高电流承载轨迹的长度，然后削减轨迹中的功率损耗。
让咱们了解分立FET的PCB轨迹要求。顶部和底部分立MOSFET之间的PCB轨迹衔接导致PCB中的I2R损耗。图5所示为将顶部和底部分立MOSFET并排衔接时的铜轨迹;这是可将电机绕组连轻松衔接到PCB的常见布局之一。衔接相位节点的铜面积的长度为宽度的两倍(轨迹宽度取决于电流，轨迹宽度一般受电路板的外形尺度约束)。或许，您能够上下摆放顶侧和底侧分立MOSFET，保持在相位节点之间。可是因为需求供给将电机绕组衔接到相位节点，您或许无法削减轨迹长度，而且这种安置或许不适合一切运用。
若规划的PCB铜厚度为2oz(70μm)，则衔接图5所示的相位节点的单层PCB轨迹将具有约0.24mΩ的电阻。假定轨迹存在于两个PCB平面中，则等效PCB电阻为0.12mΩ。关于三相功率级，您有三个这样的PCB轨迹。您也可对直流电源输入和回来轨迹进行相似的剖析。
电源模块具有单个封装中的顶侧和底侧MOSFET，以及经过封装内的金属夹衔接的相位节点，可优化寄生电阻，并为布局供给灵敏性，并可节约最小的0.5至1mΩ的总PCB电阻。
图5：具有分立MOSFET的典型相位节点轨迹长度
杰出的散热功用，两层冷却
CSD885x电源模块选用DualCool™封装，可在封装顶部完成散热，然后将热量从电路板上散开，供给超卓的散热功用，并进步在5mm×6mm封装中的功率。依据数据手册标准，功率块具有1.1°C/W的结究竟壳体热阻，和2.1°C/W的结到顶壳体的热阻。您可优化功率块底壳的PCB或功率块的顶盖的散热片的冷却功用。图6所示为在1kW，36V三相逆变器PCB(36mm×50mm)内运用三个CSD88599Q5DC双冷60V电源模块测验的顶侧公共散热器(27mm×27mm×23mm)的成果，不带任何气流。在测验期间，散热器和功率块顶壳之间运用具有低热阻抗(Rθ<0.5°C / W)的电绝缘热接口。
图6：显现有用顶侧冷却的电路板的热像
在图6中，您可看到顶侧冷却的有用性，其间PCB上观察到的最大温度(功率块底壳之下)与散热器温度之间的差异小于11°C。热量传导杰出，并经过电源模块的顶部冷却金属焊盘分配到顶侧散热器。
顶侧和底侧FET之间的热量同享
在单相或三相逆变器中，顶侧和底侧MOSFET的损耗或许不同。这些损耗一般取决于脉宽调制拓扑的类型和作业占空比。不同的损耗导致顶侧和底侧MOSFET的加热不同。在体系规划中运用分立MOSFET时，能够测验这些不同的办法来平衡顶侧和底侧FET之间的温度：
· 为MOSFET运用不同的冷却区域，并为具有更大损耗的MOSFET供给更多的PCB铜面积或散热器。
· 依据其额定电流，为顶侧和底侧的MOSFET运用不同的器材。例如，您可运用具有较小导通状况导通电阻(R DS_ON)的器材，用于承载更多电流的MOSFET。
当MOSFET变热时，这些办法不会供给最佳冷却，这取决于作业占空比，导致PCB面积或MOSFET额定值运用缺乏。运用功率块MOSFET，其间顶侧和底侧MOSFET处于同一封装中，然后完成顶侧和底侧MOSFET之间的主动热同享，并供给更好的热功用和优化的体系功用。
体系本钱低
可经过在规划中运用功率块MOSFET来优化体系本钱。假如此博文中所述的一切优势均达到的话，即可下降本钱：
· 一半的解决方案尺度，大大下降PCB本钱。
· 低寄生效应可完成更牢靠的解决方案，其具有更长的寿数且保护少。
· 下降PCB轨迹长度会下降PCB电阻，然后经过较小的散热器下降损耗，进步功率。
· 杰出的热功用可进步冷却作用。
MOSFET功率块有助于完成更牢靠、更小尺度、高功率和具有本钱竞争力的体系解决方案。
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