如何計算馬達驅動器功率耗散

在為特定應用選擇馬達驅動器晶片時,一個關鍵考慮因素是通過該晶片可以最大驅動多少電流。 晶片和 PCB 的熱性能通常會限制馬達驅動器能夠安全地處理電流。 這就是為什麼在設計馬達應用時,需要計算馬達驅動器總功耗是很重要。

要計算馬達驅動器的近似功耗,必須考慮馬達驅動器晶片內部的所有功耗源,例如 MOSFET 導通電阻中的功率耗散。

1. Rds(on) 耗散

馬達驅動器晶片內部功耗的最大來源是 MOSFET 導通電阻或 Rds(on) 中的功率耗散。 例如,H 橋(使用高側 MOSFET 和低側 MOSFET)的功率耗散為

P (RDS) = (HS x Io2) + (LS x Io2)

其中,P (RDS) 為輸出 MOSFET 中的功率耗散,
HS 為高側 MOSFET 的電阻,
LS 為低側 MOSFET的電阻,
Io 是加載到馬達中的 RMS 輸出電流。

  • 請注意,Rds(on)會隨溫度升高而增加,因為器件變熱時,功耗也隨之增加。

2. 切換損耗

當輸出從高電平轉換為低電平或從低電平轉換為高電平時,輸出器件會穿過一個線性區域,在該區域,它們的功率耗散會明顯高於完全導通時的功率耗散。這種功率耗散稱為切換損耗。

在近似計算中,各輸出的切換損耗為:

PSW = P(RISE) + P(FALL)

其中,PSW 為一個輸出的總開關損耗(以瓦特為單位),
P(RISE) 為上升沿期間的功耗,
P(FALL) 為下降沿期間的功耗

將上述方程延伸

P(RISE) = 1/2 x Vm x IOUT x tR x fSW

P(RISE) = 1/2 x Vm x IOUT x tR x fSW

其中,Vm 為電源電壓(以 伏為單位),
IOUT 為輸出電流(以安培為單位),
tR 為上升時間(以秒為單位),
tF 為下降時間(以秒為單位),
fSW 為開關頻率(以赫茲為單位)

  • 大多数情况下,tR 和 tF 的數值均包含在驅動器的規格書中。

3.工作電源電流耗散 (Operating Supply Current Dissipation)

在實際應用中,馬達驅動器晶片會消耗一些電流。這功率耗散的計算方程如下:

P = Vm x Im

其中,Vm 為馬達驅動器的工作電壓,
Im 為馬達驅動器的工作電流

4.其他功率耗散

在某些馬達應用中,你可能希望使用 LDO 穩壓器來提供外部電源負載。這功率耗散的計算方程如下:

PLDO = ILDO x (Vm - VOUT)