如果您不熟悉電機驅動器系統，并且想知道外部 MOSFET 架構與集成 MOSFET 架構的含義，那么您已經找到了所需的常見問題解答頁面！即使是經驗豐富的電機系統設計人員，許多人也經常不知道要為給定系統選擇哪種 MOSFET 架構。在這個常見問題解答中，我將向您介紹功率 MOSFET 的兩種架構。雖然此常見問題解答涉及三相 BLDC 系統，但其中的概念可輕松擴展到不同類型的直流電機系統，例如單相 BLDC 電機、有刷直流電機或步進電機。
圖 1：典型的無傳感器 BLDC 電機系統
圖 1 顯示了典型的無傳感器 BLDC 電機系統。以藍色突出顯示的元件通常是柵極驅動器集成電路 (IC) 的一部分，其中功率 MOSFET 位于電路板上 IC 的外部。當柵極驅動器 IC 也包括以紅色突出顯示的元件時，IC 稱為電機驅動器或集成式 FET 驅動器。以綠色突出顯示的元件是電機控制器的一部分。我們將重點討論柵極驅動器和電機驅動器架構。
柵極驅動器架構：通過選擇不同的 MOSFET 來擴展功率等級，基于外部 MOSFET 的架構使系統設計人員能夠靈活地為各種應用使用相同的驅動器和控制設計。通常，具有較高額定電流的 MOSFET 具有較大的封裝尺寸，從而適應 MOSFET 的較低 R(ON) 并提供更好的熱性能。系統設計人員可以根據系統性能要求選擇不同的 MOSFET，并相應地優化電路板尺寸。由于 MOSFET 可以放置在電路板上的較遠位置，柵極驅動器架構通常提供更好的熱性能。基于柵極驅動器的架構的一個缺點是電路板設計很復雜，這是由于電路板上放置了 6 個 MOSFET（用于三相 BLDC 系統）。為了實現更低的 EMI 和噪聲等系統性能目標，系統設計人員還需考慮柵極驅動器 IC 中的 MOSFET 位置。由于電路板上的元件數量較多，柵極驅動器系統比相同功率和電壓等級的電機驅動器解決方案要大得多。 柵極驅動器板的一個示例是 DRV8304 EVM，這是一個旨在提供 15A 電流的 40V BLDC 系統。EVM 電路板尺寸為 61mm x 56mm（3233 平方毫米）。與柵極驅動器 IC 相比，6 個 MOSFET 在電路板上占據 2.5 倍的面積！
圖 2：DRV8304 EVM 電路板
電機驅動器架構：基于集成 MOSFET 的架構可簡化系統板設計，并且與柵極驅動器系統相比，解決方案尺寸要小得多。電機驅動器系統還可縮短設計周期，因為系統設計人員無需考慮優化 MOSFET 柵極驅動的技術來降低 EMI、噪聲或熱性能。電機驅動器 IC 開發人員在設計 IC 時，已經考慮到這些問題！典型的電機驅動器 IC 可提供 1A 至 10A 的電機電流。由于 6 個 MOSFET 集成在一個小型封裝中（通常小于 10x10mm），電機驅動器 IC 的熱性能往往較差。設計人員需要選擇具有較低 FET R(ON) 的電機驅動器 IC，以滿足其系統熱性能要求。根據經驗，大約在功率等級高于 70-80W 時，系統設計人員開始從基于電機驅動器的架構改用基于柵極驅動器的架構，以便實現更好的熱性能和電力輸送性能。TI 全新的 BLDC 電機驅動器 DRV8316 集成了 6 個 50mΩ MOSFET，適用于三相 BLDC 系統。DRV8316 EVM 板的尺寸為 19.8mm x 16mm（317 平方毫米），它比尺寸大 10 倍的 DRV8304 板具有相同的電機電壓等級！
圖 3：DRV8316 EVM 電路板
總的來說，基于柵極驅動器架構的系統靈活，但體積更大，而且設計復雜。基于電機驅動器架構的系統簡單、小巧，可縮短設計周期，但可能無法滿足系統的所有熱性能要求。在低功耗應用中，最好使用電機驅動器架構，尤其是全新的 DRV8316，它能夠在僅 35 平方毫米的封裝尺寸下提供高達70W的功率。 |
