中国广电|电机控制器中的MOS驱动,你懂了吗?

中国广电|电机控制器中的MOS驱动,你懂了吗?

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【中国广电|电机控制器中的MOS驱动,你懂了吗?】引言
通用MCU或DSP的IO电压通常是5V\u0003.3V , IO的电流输出能力在20MA以下 , 不足以直接驱动功率MOSFET 。 所以使用通用MCU或DSP来设计电机驱动器时 , 通常需要搭配外部的MOSFET驱动器 , 我们称之为“预驱” 。 在设计汽车风机、水泵、油泵等电机驱动控制器时 , 使用车规MCU+车规预驱+车规N沟道功率MOSFET , 可以适配不同功率、各种通信方式和各种驱动方式 。

控制器中的功率MOS驱动

如上图 , 三相直流无刷电机(包括BLDC和PMSM)功率级驱动电路使用6个N沟道功率MOS构成三相全桥 , 分为三个连接到电源正极(VBus)的高边MOS和三个连接到电源负极的低边MOS 。 控制器通过控制六个MOS的通断 , 完成换相 , 使电机按照预期转动 。 电机在运转过程中可能会遇到堵转而导致过流 , 因此MOS驱动电路需要具有保护功能 , 以防止烧坏控制器或电机 。
对于单个NMOS来说 , 在开通时 , 需要提供瞬间大电流向MOS内的寄生电容充电 , 栅源电压(VGS)达到一定阈值后 , MOS才能完全开通 。 在MOS开通后 , 还需要维持合适的栅源电压(VGS) , 才可以保持开通状态 。
对于低边MOS , 其源极(S)接到电源负极 , 栅源电压容易满足 , 驱动较简单 。 对于高边MOS , 其源极(S)接到电机相线 , 其电压是不确定的 , 如果需要开通 , 需要通过自举电路提供栅极电压 , 驱动较复杂 。

一般情况下 , MOS的导通内阻都如上图所示 , 随着VGS的增大而降低 , 但VGS大于10V之后 , 下降曲线变得平缓 。 为了达到最小的导通电阻(RDSON) , VGS的取值通常为10~15V 。
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