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電機的FET著手。電機控制是30V-100V分立式MOSFET的一個龐大且快速增長的市場，特別是對于許多驅動直流電機的拓撲結構來說。在此，我們將專注于討論如何選擇正確的FET來驅動有刷、無刷和步進電機。盡管很少有硬性規(guī)定，且可能有無數(shù)種方法，但希望本文能讓您基于終端應用了解從何處著手。
要做的首個也許是最簡單的選擇是你需要何種類型的擊穿電壓。由于電機控制往往頻率較低，因此與電源應用相比會產生較低的振鈴，因此輸入電源軌與FET擊穿之間的裕度會更積極（通常以犧牲使用緩沖器為代價），以獲得電阻更低的FET。但一般來講，BVDSS與最大輸入電壓VIN之間保留40%的緩沖并非一個糟糕的規(guī)則——具體視你預期的振鈴次數(shù)以及你愿意用外部無源元件抑制所述振鈴的數(shù)量而定，一般會多10%或少10%。
選擇封裝類型可能是最關鍵的決策，完全取決于設計的功率密度要求（參見圖1）。在2A以下，F(xiàn)ET經常（但不總是）被吸收到驅動器集成電路（IC）中。在10A以下的步進電機和低電流有刷和無刷應用中，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，但不可避免地會占用印刷電路板（PCB）更多的空間。
圖1：用于驅動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，電流更高的電動和園藝工具傾向于并聯(lián)多個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現(xiàn)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通過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來驅動電機比選擇用于電源的FET更簡單，因為較低的開關頻率決定了傳導損耗在熱性能中占主導地位。我并不是說可以完全忽略PLOSS估計中的轉換損失。相反，我們已經看到了最壞情況，其中開關損耗可占系統(tǒng)總PLOSS的30%。但這些損耗仍是傳導損耗所帶來的繼發(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工具通常會使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很好的起點。
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5mm×6mm QFN DualCool封裝（見圖2）的兩個垂直集成的半橋解決方案。這些器件會加倍減小傳統(tǒng)分立式5mm×6mm器件所提供的單位占位面積的低電阻，同時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，不妨在其中一個電源模塊上運行數(shù)字，看看你是否可以同時節(jié)省PCB占用空間和散熱器尺寸。 |
