MOSFET在电动车无刷电机控制器中的应用
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mosfet 报关用途
MOSFET(Multifrequency-Output Signaling,多频率输出信号)是一种电压控制式功率半导体器件,广泛应用于各种电子设备和系统,例如电机控制、电源管理、电动汽车、可再生能源系统等。
其具体用途如下:
1. 电源开关:MOSFET作为电源开关,能够控制电源的通断,从而实现电子设备的启动和关闭。
2. 电机控制:MOSFET可以用于控制电机的速度和方向,广泛应用于电动车、空调、洗衣机等设备的电机控制中。
3. 电源管理:MOSFET可以用于电源的稳压和调节,保证电子设备的安全运行。
4. 信号放大:MOSFET可以用于信号的放大,提高信号的传输质量和稳定性。
5. 可再生能源系统:在太阳能逆变器、风力发电系统中,MOSFET作为开关器件能够实现能源的转换和调节。
在报关过程中,其用途需要详细描述,并注明货物的具体品名、规格、型号等信息,以便海关进行准确的商品归类和税收征缴。
电动车无刷控制器电路图高清今以应用最广泛的以PIC16F72为智能控制中心,350W的整机电路为例,整机电路如图1:(原文件名:1.gif)图1:350W整机电路图整机电路看起来很复杂,我们将其简化成框图再看看:(原文件名:2.gif)图2:电路框图电路大体上可以分成五部分:一、电源稳压,供应部分;二、信号输入与预处理部分;三、智能信号处理,控制部分;四、驱动控制信号预处理部分;五、功率驱动开关部分。
下面我们先来看看此电路最核心的部分:PIC16F72组成的单片机智能处理、控制部分,因为其他电路都是为其服务或被其控制,弄清楚这部分,其它电路就比较容易明白。
(原文件名:3.gif)图3:PIC16F72在控制器中的各引脚应用图我们先来简单介绍一下PIC16F72的外部资源:该单片机有28个引脚,去掉电源、复位、振荡器等,共有22个可复用的IO口,其中第13脚是CCP1输出口,可输出最大分辨率达10BIT的可调PWM信号,另有AN0-AN4共5路AD模数转换输入口,可提供检测外部电路的电压,一个外部中断输入脚,可处理突发事件。
内部软件资源我们在软件部分讲解,这里并不需要很关心。
各引脚应用如下:1:MCLR复位/烧写高压输入两用口2:模拟量输入口:放大后的电流信号输入口,单片机将此信号进行A-D转换后经过运算来控制P WM的输出,使电流不致过大而烧毁功率管。
正常运转时电压应在0-1.5V左右3:模拟量输入口:电源电压经分压后的输入口,单片机将此信号进行A-D转换后判断电池电压是否过低,如果低则切断输出以保护电池,避免电池因过放电而损坏。
正常时电压应在3V以上4:模拟量输入口:线性霍尔组成的手柄调速电压输入口,单片机根据此电压高低来控制输出给电机的总功率,从而达到调整速度的目的。
5:模拟/数字量输入口:刹车信号电压输入口。
可以使用AD转换器判断,或根据电平高低判断,平时该脚为高电平,当有刹车信号输入时,该脚变成低电平,单片机收到该信号后切断给电机的供电,以减少不必要的损耗。
浅谈MOS管在电动车控制器中的应用关键词:MOS管、场效应管、电动车控制器1、MOS管在电动车控制器中的作用简单来说电机是靠MOS的输出电流来驱动的,输出电流越大(为了防止过流烧坏MOS管,控制器有限流保护),电机扭矩就强,加速就有力。
2、MOS在控制器电路中的工作状态开通过程、导通状态、关断过程、截止状态、击穿状态。
MOS主要损耗包括开关损耗(开通过程和关断过程),导通损耗,截止损耗(漏电流引起的,这个忽略不计),还有雪崩能量损耗。
只要把这些损耗控制在MOS承受规格之内,MOS即会正常工作,超出承受范围,即发生损坏。
而开关损耗往往大于导通状态损耗,尤其是PWM没完全打开,处于脉宽调制状态时(对应电动车的起步加速状态),而最高急速状态往往是导通损耗为主。
3、MOS损坏主要原因:过流,大电流引起的高温损坏(分持续大电流和瞬间超大电流脉冲导致结温超过承受值);过压,源漏级大于击穿电压而击穿;栅极击穿,一般由于栅极电压受外界或驱动电路损坏超过允许最高电压(栅极电压一般需低于20v安全)以及静电损坏。
4、MOS管的开关原理(简要)MOS是电压驱动型器件,只要栅极G和源级S间给一个适当电压,源级S和漏级D间导电通路就形成。
这个电流通路的电阻被成为MOS内阻,也就是导通电阻。
这个内阻大小基本决定了MOS芯片能承受的最大导通电流(当然和其它因素有关,最有关的是热阻)。
内阻越小承受电流越大(因为发热小)。
MOS问题远没这么简单,麻烦在它的栅极和源级间,源级和漏级间,栅极和漏级间内部都有等效电容。
所以给栅极电压的过程就是给电容充电的过程(电容电压不能突变),所以MOS源级和漏级间由截止到导通的开通过程受栅极电容的充电过程制约。
关断过程和这个相反。
玩MOS主要就是玩怎么最优控制它的栅极。
但是MOS内部这三个等效电容是构成串并联组合关系,它们相互影响,并不是独立的,如果独立的就很简单了。
其中一个关键电容就是栅极和漏级间的电容Cgd,这个电容业界称为米勒电容。
MOS管在电机上的应用主要体现在以下几个方面:
1.作为电子开关来控制电源的通断,一般正极用PMOS管,负极用NMOS管控制。
2.缓启动设计:在大电容负载时,比如电解电容和大功率设备电源(电机、马达等)
需要对电源作缓启动设计,否则会有很大的浪涌电流,导致系统复位,反复重启等严重缺陷。
在实际使用中,还需要考虑电平的高低以及电平逻辑的高低转换,确保MOS管能
充分发挥作用。
同时还要注意外接电路电平是否确定,是否双向通信和通信速率等均影响具体电路的细节考虑。
Power To Future苏州硅能半导体科技股份有限公司SuZhou Silikron Semiconductor CorporationSilikron Company Profile2010These materials constitute confidential information of SILIKRON.These matrials may not be copied or Silikron OverviewRegistered on Nov-12, 2007Location in Suzhou Industry Park, P.R. C First capital USD $15M Number of employees 84 2009 sales revenue $27.2M Certified on ISO9001 in 2009 Shipment ~220Mpcs/MonthSilikron Technical & Sales OfficeThese materials constitute confidential information of SILIKRON.These matrials may not be copied orMajor Strategy PartnersWafer Foundry:Assembly House:GOOD-ARK STSGEM (Shanghai)HuaTianThese materials constitute confidential information of SILIKRON.These matrials may not be copied orPower To Future苏州硅能半导体科技股份有限公司SuZhou Silikron Semiconductor CorporationPower MOSFET Product Power Schottky ProductSilikron Power SolutionPower To Future苏州硅能半导体科技股份有限公司SuZhou Silikron SemiconductorCorporationPower MOSFET ProductPlatform Development RoadmapThese materials constitute confidential information of SILIKRON.These matrials may not be copied orThese materials constitute confidential information of SILIKRON.These matrials may not be copied or动力锂电池保护动力锂电池保护QgNC These materials constitute confidential information of SILIKRON.These matrials may not be copied orThese materials constitute confidential information of SILIKRON.These matrials may not be copied or电动工具苏州硅能半导体科技股份有限公司Power To FutureSuZhou Silikron Semiconductor CorporationPower Schottky ProductCompetitor Performance AnalysisPower To FutureThese materials constitute confidential information of SILIKRON. These matrials may not be copied or distributed without written permission from SILIKRON.12苏州硅能半导体科技股份有限公司Power To FutureSuZhou Silikron Semiconductor CorporationQuality & Reliability SystemSilikron Quality SystemWafer foundry & Assembly house Products and customers’ satisfactionReliability qual.Subcon. certifyIQA & OQACustomers complaint system Sales & Logistics Customers satisfaction surveyPower To FutureCustomers’ requirementsTechnology developmentProduct developmentProduction & PlanContinues improvementBSI, ISO9001These materials constitute confidential information of SILIKRON. These matrials may not be copied or distributed without written permission from SILIKRON.14Silikron Quality And Reliability ISO 9001 certified in 2009; Reliability Procedures:Power To FutureThese materials constitute confidential information of SILIKRON. These matrials may not be copied or distributed without written permission from SILIKRON.15Silikron Reliability ProcessPower To FutureThese materials constitute confidential information of SILIKRON. These matrials may not be copied or distributed without written permission from SILIKRON.16Power To FutureThanks!Power To FutureThese materials constitute confidential information of SILIKRON. These matrials may not be copied or distributed without written permission from SILIKRON.17。
mos管应用场景
MOS 管(金属氧化物半导体场效应管)是一种常用的半导体器件,具有高输入阻抗、低噪声、快速开关等特点,广泛应用于以下场景:
1. 电源管理:MOS 管可以用于开关电源、线性稳压器、DC-DC 转换器等电源管理电路中,实现电压调节和电流控制。
2. 电动机控制:MOS 管可以用于电动机驱动电路中,实现电动机的正反转、调速和刹车等功能。
3. 通信电路:MOS 管可以用于射频前端电路、功率放大器、调制解调器等通信电路中,实现信号的放大和转换。
4. 消费电子:MOS 管可以用于手机、平板电脑、电视、音响等消费电子产品中,实现电源管理、显示驱动、音频放大等功能。
5. 工业控制:MOS 管可以用于工业自动化、机器人、医疗设备等工业控制领域,实现电机控制、传感器信号处理等功能。
MOS 管是一种非常重要的半导体器件,广泛应用于各个领域的电子设备中。
一、SIC-MOSFET 的基本概念和特点1. 引言:介绍SIC-MOSFET的基本概念和特点2. SIC-MOSFET的结构和工作原理3. SIC-MOSFET的优点和特性二、SIC-MOSFET 在新能源领域的应用1. SIC-MOSFET在光伏逆变器中的应用2. SIC-MOSFET在风能转换系统中的应用3. SIC-MOSFET在电动车充放电系统中的应用三、SIC-MOSFET 在工业控制领域的应用1. SIC-MOSFET在电力变频调速系统中的应用2. SIC-MOSFET在工业电炉控制系统中的应用3. SIC-MOSFET在工业自动化生产线中的应用四、SIC-MOSFET 在电力电子领域的应用1. SIC-MOSFET在高压直流输电系统中的应用2. SIC-MOSFET在不间断电源系统中的应用3. SIC-MOSFET在电网稳定控制系统中的应用五、SIC-MOSFET 的市场现状和未来发展趋势1. SIC-MOSFET的市场现状及发展前景2. SIC-MOSFET在新兴领域的应用前景展望3. SIC-MOSFET技术的持续创新和发展方向六、结语以上是文章的基本结构,你可以在此基础上添加详细的内容,例如SIC-MOSFET的历史发展、技术参数、特殊应用场景等,以便使文章更加充实和详尽。
SIC-MOSFET(硅碳化物金属氧化物半导体场效应晶体管)是一种新型的功率半导体器件,具有高温、高频、高功率特性,广泛应用于新能源、工业控制和电力电子等领域。
本文将着重介绍SIC-MOSFET的基本概念和特点,以及在各个领域的具体应用。
一、SIC-MOSFET 的基本概念和特点1. 引言SIC-MOSFET是一种基于碳化硅(SiC)材料制备的金属氧化物半导体场效应晶体管,相比传统的硅(Si)MOSFET具有更好的性能指标和工作特性。
2. SIC-MOSFET的结构和工作原理SIC-MOSFET的结构包括栅极、漏极和源极,其中栅极通过栅极氧化层与碳化硅表面隔离,漏极和源极在碳化硅基底上形成P-N结。
电动车无刷控制器电路图[高清]今以应用最广泛的以PIC16F72为智能控制中心,350W的整机电路为例,整机电路如图1:(原文件名:1.gif)图1:350W整机电路图整机电路看起来很复杂,我们将其简化成框图再看看:(原文件名:2.gif)图2:电路框图电路大体上可以分成五部分:一、电源稳压,供应部分;二、信号输入与预处理部分;三、智能信号处理,控制部分;四、驱动控制信号预处理部分;五、功率驱动开关部分。
下面我们先来看看此电路最核心的部分:PIC16F72组成的单片机智能处理、控制部分,因为其他电路都是为其服务或被其控制,弄清楚这部分,其它电路就比较容易明白。
(原文件名:3.gif)图3:PIC16F72在控制器中的各引脚应用图我们先来简单介绍一下PIC16F72的外部资源:该单片机有28个引脚,去掉电源、复位、振荡器等,共有22个可复用的IO口,其中第13脚是CCP1输出口,可输出最大分辨率达10BIT的可调PWM信号,另有AN0-AN4共5路AD模数转换输入口,可提供检测外部电路的电压,一个外部中断输入脚,可处理突发事件。
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正常运转时电压应在0-1.5V左右3:模拟量输入口:电源电压经分压后的输入口,单片机将此信号进行A-D转换后判断电池电压是否过低,如果低则切断输出以保护电池,避免电池因过放电而损坏。
正常时电压应在3V以上4:模拟量输入口:线性霍尔组成的手柄调速电压输入口,单片机根据此电压高低来控制输出给电机的总功率,从而达到调整速度的目的。
5:模拟/数字量输入口:刹车信号电压输入口。
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MOSFET在电动车无刷控制器中的应用蔡林高级应用工程师苏州硅能半导体科技股份有限公司摘要:本文介绍了电动自行车无刷控制器的热设计、短路保护时间确定及驱动电路的优化。
第一节:电动自行车无刷电机控制器的热设计z概述由于功率MOSFET具有驱动电流小、开关速度快等优点,已经被广泛地应用在电动车的控制器里。
但是如果设计和使用不当,会经常损坏MOSFET。
一旦损坏,MOSFET的漏源极短路,晶圆将被严重烧毁。
通常MOSFET损坏模式包括:过流、过压、雪崩击穿、超出安全工作区等。
这些原因导致的损坏最终都是因为晶圆温度过高而损坏,所以在设计控制器时,热设计是非常重要的。
MOSFET的结点温度必须经过计算,确保在使用过程中MOSFET结点温度不会超过其最大允许值。
z无刷电机控制器简介由于无刷电机具有高扭矩、长寿命、低噪声等优点,已在各领域中得到了广泛应用,其工作原理也已被大家广为熟知。
国内电动车电机控制器通常工作方式为三相六步,工作及原理图如图1所示,其中Q1, Q2为A相上管及下管;Q3, Q4为B相上管及下管;Q5, Q6为C相上管及下管。
MOSFET全部使用SSF7509。
MOSFET工作在两两导通方式,导通顺序为Q1Q4→Q1Q6→Q3Q6→Q3Q2→Q5Q2→Q5Q4→Q1Q4,控制器的输出通过调整上桥PWM脉宽实现,PWM频率一般设置为15KHz。
当电机及控制器工作在某一相时(假设B相上管Q3和C相下管Q6),在每一个PWM周期内,有两种工作状态:状态1: Q3和Q6导通, 电流I1经Q3、电机线圈L、Q6、电流检测电阻Rs流入地。
状态2: Q3关断, Q6导通, 电流I2流经电机线圈L、Q6、Q4,此状态称为续流状态。
在状态2中,如果Q4导通,则称控制器为同步整流方式。
如果Q4关断,I2靠Q4体二极管流通,则称为非同步整流工作方式。
流经电机线圈L的电流I1和I2之和称为控制器的相电流,流经电流检测电阻Rs的平均电流I1称为控制器的线电流,所以控制器的相电流要比控制器的线电流要大。
z功耗计算控制器MOSFET的功率损耗随着电机负载的加大而增加,当电机堵转时,控制器的MOSFET损耗达到最大(假设控制器为全输出时)。
为了分析方便,我们假设电机堵转时B相上管工作在PWM模式下,C 相下管一直导通,B相下管为同步整流工作方式(见图1)。
电机堵转时的波形如图2-图5所示。
功率损耗计算如下:B相上管功率损耗:B相上管开通损耗(t1-t2),见图2:Phs(turn on) =(∫t1 t2Vds(Hs)*Idt)*Fsw≈1/2* Vds*I*(t2- t1)/T=1/2*48*40*340*10-3/64=5.1WB相上管关断损耗(t3-t4),见图3:Phs(turn off) =(∫t3 t4Vds(Hs)*Idt)*Fsw≈1/2* Vds*I*(t4- t3)/T=1/2*48*40*250*10-3/64=3.75WB相上管导通损耗(t5-t6),见图4:Phs(turn on) =I2*Rds(on)*D=402*0.009*20/64=4.5WB 相上管总损耗:Phs(Bphase) = Phs(turn on)+Phs(turn off)+Phs(on)=5.1+3.75+4.5=13.35WB相下管功率损耗:B相下管续流损耗(t7-t8),见图5:PLS(Bphase) = PLS(freewheel)= I2*Rds(on)*(1-D)=402*0.009*(1-20/64)=9.9 WC相下管功率损耗因为C相下管一直导通,所以功率损耗计算如下:PLS(Cphase) =PLS (on)= I* I*Rds(on)= 40*40*0.009= 14.4W控制器的功率管总损耗为:Ptatal =PHS(Bphase) +PLS(Bphase)+PLS(Cphase) =13.35+9.9+14.4=37.65Wz热模型图6为TO-220典型的安装结构及热模型。
热阻与电阻相似,所以我们可以将Rth(ja)看着几个小的电阻串联,从而有如下公式:Rth(ja) = Rth(jc) + Rth(ch) + Rth(ha)其中:Rth(jc)—— 结点至MOSFET表面的热阻Rth(ch)——MOSFET表面至散热器的热阻Rth(ha)——散热器至环境的热阻 (与散热器的安装方式有关)图6 热阻模型通常热量从结点至散热器是通过传导方式进行的,从散热器至环境是通过传导和对流方式。
Rth(jc)是由器件决定的,所以对一个系统,如果MOSFET已确定,为了获得较小的热阻我们可以选择较好的热传导材料并且将MOSFET很好地安装在散热器上。
稳态温升的计算从SSF7509的数据手册我们可以获得如下参数:Tjmax=175℃ Rth(jc)max = 0.63 ℃/W电机运行时MOSFET结点至其表面的温升计算(因为电机在运行时,上管和下管只有三分之一的时间工作,所以平均功率应除以3.上管结点至功率管表面的稳态温升Tjc=Tj-Tc= (Phs/3)* Rth(jc)=13.35/3*0.63=2.80℃下管结点至功率管表面的稳态温升Tjc=Tj-Tc= (PLs/3)* Rth(jc)=(9.9+14.4)/3*0.63=5.10℃电机堵转时MOSFET结点至其表面的温升计算B相上管结点至功率管表面的稳态温升Tjc=Tj-Tc=Phs×Rth(jc)=13.35×0.63=8.41℃B相下管结点至功率管表面的稳态温升Tjc=Tj-Tc=Pls×Rth(jc)=9.9×0.63=6.23℃C相下管结点至功率管表面的稳态温升Tjc=Tj-Tc=PLS(Cphase)×Rth(jc)=14.4×0.63=9.07℃由以上计算可知,在电机堵转时控制器中一直导通的MOSFET(下管)的温升最大,在设计时应重点考虑电机堵转时的MOSFET温升。
z选择合适的导热材料图7为SilPad系列导热材料对TO-220封装的导热性能随压力变化的曲线。
图76.1 导热材料为SilPad-400,压力为200psi时,其热阻Rth(ch)为4.64 ℃/W。
则:Tch=Tc-Th= PLS×Rth(ch)=14.4×4.64=66.81℃6.2 导热材料为SilPad-900S,压力为200psi时,其热阻Rth(ch)为2.25℃/W。
则:Tch=Tc-Th= PLS×Rth(ch)=14.4×2.25=32.4℃可见,不同的导热材料对温升的影响很大,为了降低MOSFET的结点温升,我们可以选择较好的热传导材料来获得较好的热传导性能,从而达到我们的设计目标。
为了使控制器更加可靠,通常我们将MOSFE T表面温度控制在100℃以下,这是因为在使用中还会有其他高能量的脉冲出现,譬如,电机相线短路,负载突然变大等。
第二节:如何确定短路保护时间z概述由于在控制器的生产和使用过程中不可避免地会遇到相线短路的情况,如电机的线圈短路就会直接导致控制器的相线短路。
因此,必须设计短路保护功能以提高控制器的可靠性。
在实际应用中,许多工程师容易忽略短路保护时间设计,因此在这就如何确定短路保护时间做一下探讨,以便能够为设计人员在设计产品时作一些参考。
z短路模型及分析短路模型如图8所示,其中仅画出了功率输出级的A、B两相(共三相)。
Q1和Q3为A相MOSFET,Q2和Q4为B相MOSFET,所有功率MOSFET均为SSF7509。
L1为电机线圈,Rs为电流检测电阻。
当控制器工作时,如电机短路,则会形成如图8中所示的流经Q2,Q3的短路电流,其电流值很大,达几百安培,MOSFET 的瞬态温升很大,这种情况下应及时保护,否则会使MOSFET结点温度过高而使MOSFET损坏。
短路时Q2电压波形如图9所示。
图9a中的MOSFET能承受35μs的大电流短路,而图9b中的MOSFET不能承受35μs 的大电流短路,当脉冲35μs关断后,Vds回升,由于温度过高,仅经过10μs的时间MOSFET便短路,Vds迅速下降,短路电流迅速上升。
由图9我们可以通过Vd/(Rs+Rds)估算出短路时峰值电流达约400A~600A,这是由于短路时MOSFET直接将电源正负极短路,回路阻抗是导线,PCB走线及MOSFET的Rds(on)之和,其数值很小,一般为几十毫欧至几百毫欧。
图9a 图9bz合理计算保护时间在实际应用中,不同设计的控制器,其回路电感和电阻存在一定的差别以及短路时的电源电压不同,导致控制器三相输出线短路时的短路电流各不相同,所以设计者应跟据自己的实际电路和使用条件设计合理的保护时间。
短路保护时间计算步骤:①计算MOSFET短路时允许的瞬态温升因为控制器有可能是在正常工作时突然短路,所以我们的设计应是基于正常工作时的温度来计算允许的瞬态温升。
MOSFET的结点温度可由下式计算:Tj = Tc + P × Rth(jc)其中:Tc:MOSFET表面温度Tj:MOSFET结点温度Rth(jc):结点至表面的热阻,可从元器件Date sheet中查得。
一般来说,一只控制器输出功率为350W时,并且采用同步整流技术,续流侧MOSFET的耗散功率为20W 左右,即P=20W。
同时我们假设MOSFET工作时的表面温度Tc为100℃(炎热的夏季MOSFET的表面温度一般都会达到此值),则: Tj = Tc+P× Rth(jc) = 100+20×0.45 = 109℃。
理论上MOSFET的结点温度不能超过175℃,所以电机相线短路时MOSFET允许的温升为: Trising = Tjmax - Tj = 175-109 = 66℃②根据瞬态温升和单脉冲功率计算允许的单脉冲时的热阻短路时MOSFET耗散的功率约为:P = Vds ×I = 25 × 600 = 15000W脉冲的功率也可以通过将图二测得波形存为EXCEL格式的数据,然后通过EXCEL进行积分,从而得到比较精确的脉冲功率数据。
对于MOSFET温升计算有如下公式: Trising = P × Zθjc × Rθjc其中:Rθjc: 结点至表面的热阻,可从元器件Date sheet中查得。
Zθjc: 热阻系数由上式变形可得: Zθjc = Trising ÷( P × Rθjc)代入数据得:Zθjc = 66 ÷ (15000 × 0.45)= 0.098③根据单脉冲的热阻系数确定允许的短路时间由图10最下面一条曲线(单脉冲)可知,对于单脉冲来说,要想获得0.098的热阻系数,其脉冲宽度不15μs。