电机控制器中的功率MOS驱动电路设计

引言
通用mcu或dsp的io电压通常是5v3.3v,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”。相关文章:mos管驱动电路设计细节。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
如上图直流无刷电机驱动电路,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。相关文章:介绍h桥电机驱动电路。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。相关文章:mos管驱动电路有几种,看完就明白了。
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。
上图是vgs与rdson的关系图,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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