[参考译文] DRV10987：功率耗散计算

您好、John、

很高兴你喜欢它。

Rds on 计算

以下是我可以解释的最佳方法。

RDSON/2

您在这里是正确的。 在应用手册中、RDS (on)被定义为低侧和高侧的总和、因此如果我们采用1.5 (这不是我的首选、3/2会更好)、我们可以将它与等式中定义的 RDS (on)进行1/2的滑动。 因此、在本例中、除了"3"系数外、我们知道电流"流经 FET "。

"3"或简化的情况

那么为什么是3呢？ 简单的解释是、我需要将每个相位乘以3、 假设一个 FET 在 一个周期内的任何给定时间都有 RMS 电流流流过它。 下面是我用来解释这一点的图：

这一简化假设的关键是相电压、但首先我们需要讨论电流。 相电流正弦电流彼此相差120度、振幅相同(在本练习中进一步简化为峰值1A)。 因此、我绘制了一条垂直线、以显示在大多数时间内、有电流流入和流出全部3个相位、并且穿过 x 轴将触发瞬时电流流经一个相位为0A 的结果。

如何使电流一次流入和流出三个相位？ 我需要更改相位上的平均电压。 在垂直线的情况下、V_V 的平均电压相当高、几乎是最大施加电压的100%。 V_U 有点低、可能约为最大施加电压的25%。 V_W 为施加电压的0%。

那么、这与 FET 发生的情况有何关系？ 这就是红色框中的电压表示 U 和 V 的 PWM 以及 W 的低电平的原因。这意味着低侧 FET 导通 W (电流将流经 W 的低侧 FET 和 Rdson)、 高侧 FET 在高侧 FET Rdson 上看到 U 和 V 的电流。U_FET + V_FET + W_FET = 3个 FET 或乘以3。

PWM 和 RDS 如何？ 在整个周期内、电流肯定不会流过 FET

一般而言、您是对的。  

大多数 DRV10x 数据表都指出、施加的电压实际上已替换为 PWM、因此、如果我对 PWM 波形进行低通滤波、我们将得到您在上面的相位电压图中看到的"三次谐波正弦波形"。 现在、我们需要了解在相位上进行 PWM 时发生的情况。

通常、PWM 高电平意味着电流将来自电源、对于 DRV10x、则为 VCC。 PWM 低电平表示电流来自 GND。 PWM 高电平情况下、如果 FET 实际导通、电流实际上只能从电源流向相位、而电流必须流经 FET 的 RDS。 在 PWM 低电平情况下、我们有两个选项、即 LS FET 的体二极管或 LS FET 上的 RDS。

在 DRV 10x 的情况 下、当高侧 FET 未导通时、我们将打开低侧 FET、并且我们处于施加的电压将非零的部分。 因此、我们可以忽略这种情况下的二极管损耗、因此电流仍然流过 FET 的1 RDS on -它恰好在高侧和低侧之间共享。 其他一些算法不会这样做、但 DRV10x 确实如此。 尝试遵循您的逻辑、这就是为什么您不应该在方程的末尾得到1/4、但我没有进行分析来了解如果更频繁地使用体二极管会发生什么、我可以将其简化为1/4。

在我们有死区时间并且不希望同时打开 HS 和 LS FET 的情况下、这两个 FET 都必须导通、并且电流必须来自低侧的体二极管。 我认为这个死区时间太小、不会在一段时间内对总体平均值做出重大贡献、因此可以忽略它。 理论上、如果死区时间与电频率或这些波形的周期相似、可能不成立、但实际上、换向可能无法工作、因此它不是一个用例。

编辑：方程式中的占空比

您还会注意到、该公式不依赖于应用于相位的瞬时占空比、也不会尝试预测它将基于 VCC*%_averageAppliedDutyCycle 的结果。 这是因为我们不想尝试预测流经电机相位的电流是多少。 这开始取决于 R、L、J、u_FRICK (或负载)、由于 PhD 继续对方程进行求解并预测这将是什么、我不想考虑这一点。 我只是作为一个读者来测量和完成它、这对他们和我来说要容易得多。  

希望这是有道理的、对大多数人来说、这是一个艰难的概念。

开关损耗

顺便说一下、我意识到我给出 了1个 FET 的开关损耗公式。 我没有将其封装在一起以解释这与三相以及高侧和低侧在一段时间内的关系、就像我对 RDS on 所做的那样。 这是文件中的一个遗漏，我本人没有做过这种分析，不久我将无法提供这种分析。

这意味着、用于开关损耗的功率耗散公式将明显低于 RDS (on)。 我的经验表明、当尝试推送更高的电流(更快的速度或更高的负载)时、开关损耗将始终明显低于 RDS (on)、因此这并不是一大问题。 当负载较轻且 速度较慢时、这将是一个大问题。

在使用此应用手册时尽量提供帮助。

最棒的

Cole

您好、John、

公式5计算得出的功率耗散是指所有六个 MOSFET 的总功率耗散。 每个 MOSFET 的功耗将为1/2 * R_DS (on)(每个 MOSFET)* I_OUT_RMS^2

几乎是正确的。 每个 MOSFET 的功耗将为(R_DS_ON/2)* I_OUT_RMS^2。 其中 R_DS_ON =高侧和低侧 FET 的 RDS (on)之和、I_OUT_RMS =施加到电机绕组的 RMS 输出电流。这正是您所写的内容。

如果在整个周期内的每个瞬时点、有6个 MOSFET 导通、那么您可以将该公式乘以6。 但是、对于正弦驱动(或任何半桥、由于击穿)来说、这是不可能的、因为在给定的时间段内、每个瞬时点都有3个 FET 导通。 因此、我们将您编写的公式乘以3、在应用手册中得到公式5。 因此、公式5是正确的、无需更改。

2.I_OUT_RMS 是相电流、即 I_IN/sqrt (3)吗？ 在这里、I_IN 是来自电池的输入电流。 如果是相电流、则每个 MOSFET 的功率耗散将为1/6 * R_DS (on)(每个 MOSFET)* I_IN^2。 如果 I_OUT_RMS 与 I_IN 相同、则每个 MOSFET 的功耗将为1/2 * R_DS (on)(每个 MOSFET)* I_IN^2。

我偶然尝试将"电池输入电流"与施加的相电流关联起来、我在应用手册中将其称为电源电流、但无法找到适用于不同电机的线性实验关系、从而保持相同。

我的同事认为、可能存在基于"逆变器拓扑(三相与单相)的理论关系、但他们无法提供任何参考材料。 当我自己去寻找一些纸张时、我没有找到任何适用于三相 BLDC 的东西。 在去耦电容器和电桥中的再循环电流之间、这是无法从电源进行测量的、我不确定 I_IN 和 I_OUT 之间是否有一个简单的公式。 很抱歉、我没有更多帮助。

最棒的

Cole

您好、Cole、

非常感谢您的回复。 这解决了我的问题。

我同样喜欢您的应用手册。

谢谢、此致、

John