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无刷电机控制器的热设计介绍和MOSFET功率损耗的计算详细说明

消耗积分:0 | 格式:rar | 大小:0.39 MB | 2019-11-07

  本文介绍了电动自行车无刷电机控制器的热设计。其中包括控制器工作原理的介绍、MOSFET功率损耗的计算、热模型的分析、稳态温升的计算、导热材料的选择、热仿真等。

  1. 引言

  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,而且一旦损坏后MOSFET的漏源极短路,晶圆通常会被烧得很严重,大部分用户无法准确分析造成MOSFET损坏的原因。所以在设计阶段,有关MOSFET的可靠性设计是致关重要的。

  MOSFET通常的损坏模式包括:过流、过压、雪崩击穿、超出安全工作区等。但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。

  2. 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,这里不再详述。国内电动车电机控制器通常工作方式为三相六步,功率级原理图如图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AOT430。 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18KHz以上。
 

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