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对更高功率密度的需求推进电动工具立异解决方案

电动工具中直流电机的配置已从有刷直流大幅转向更可靠、更高效的无刷直流(BLDC)解决方案转变。斩波器配置等典型有刷直流拓扑通常根据双向开关的使用与否实现一个或两个功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MO

电动东西中直流电机的装备已从有刷直流大幅转向更牢靠、更高效的无刷直流(BLDC)解决方案改变。斩波器装备等典型有刷直流拓扑一般依据双向开关的运用与否完成一个或两个功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。另一方面,三相BLDC装备需求三个半桥或至少六个场效应管(FET),因而从有刷电流转向无刷电流意味着全球电动东西FET总区域商场增长了3到6倍(见图1)。

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图1:从有刷拓扑转换到无刷拓扑意味着FET数量呈现了6倍倍增

BLDC规划在这些FET上提出了新的技能要求。例如,若电路板上FET的数量6倍倍增也意味着驱动电机所需的印刷电路板(PCB)占用面积增加了6倍,那么BLDC规划不大或许仍适用于电动东西和园艺东西制造商。电力电子设备一般坐落这些东西的手柄中;因而,为习惯最小的手部尺度,运用一般受空间约束的影响极大(参见图2)。商场需求功率密度更高的解决方案,换言之,便是需求在狭隘空间中处理更多电流的FET。

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图2:在大多数电动东西中,电子设备都坐落手柄中

传统意义上讲,适用于驱动大功率电机的FET其封装又大又重,如TO-220、DPAK和D2PAK。但像TI的小型无引线封装(SON)5mm×6mm FET这类最新方形扁平无引线(QFN)封装可在硅片和源极管脚之间供给更小的封装电阻。单位面积的电阻较小意味着单位面积的传导损耗较少,也意味着电流才能和功率密度更高。因而,跟着FET硅单位面积的电阻(RSP)持续下降(大致相当于曩昔每代产品的一半),电动东西、园艺东西和家用电器职业的QFN解决方案呈现快速增长也就家常便饭了。这些较小的FET现在一般能够驱动高达30A或更高的直流电机电流;即便关于功率更高的规划,并行选用多个QFN有时更适用于更大的封装。究竟,两个5mm×6mm的器材在60mm2的总PCB面积中仍只相当于占用一个D2PAK的一小部分尺度,D2PAK在总PCB空间上约为10mm×15mm,即150mm2(见图3)。

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图3:半桥所需的PCB空间(未按份额画出)

TI最近经过将两个FET纵向集成到单一封装中,将这一趋势归结为逻辑定论,在一个SON 5mm×6mm的功率模块中供给整个半桥。40V CSD88584Q5DC和 60V CSD88599Q5DC选用与德州仪器低电压功率模块相同的堆叠裸片技能,用于高频电源运用,一起选用了优化的硅片,以削减大电流电机驱动运用的传导损耗。除减小在PCB上并排两个FET所带来的寄生电感外,纵向集成两个FET可在同一封装中包容更多的硅,然后完成比分立QFN器材更高的功率密度。

这些器材还具有带暴露金属顶部的耐热增强型DualCool™封装。因而,虽然仍存在一些状况,使得电动东西制造商或许更倾向于运用TO-220 FET来外表贴装FET,由于这些FET可安装在大型散热器上以将热量从PCB排出,可是这些功率模块选用QFN封装供给了相同的优点。例如,即便在最理想的热环境中,一般也不鼓舞在典型的5mm×6mm的QFN中耗散3W以上的功率。可是经过适当地运用散热器,这些DualCool器材能够应对6W或更多的功耗,功率密度翻了一倍,而PCB占用面积削减了一半。

现在,在电动东西、园林东西及电池供电的家用电器中推出更受欢迎的BLDC电机时,功率密度就成为最重要的要素。TI新式功率模块解决方案可在史无前例的水平上完成这一方针。

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