Pérdida de conmutación FET en inversor BLDC

Estoy diseñando un inversor para control trapezoidal de un motor BLDC de 500 W, usando DRV8301 para el controlador de compuerta. Mi frecuencia de conmutación es 10Khz, Vdd es 48V e Imax=20A. He estado tratando de calcular la disipación de energía en los FET en función de algunas opciones preliminares de FET. Un FET es el STB46N30M5 . Este FET es excesivo para la aplicación, pero incluso con un FET menor, las pérdidas por conmutación son enormes, mayores que las pérdidas por conducción. Mi cálculo fue el siguiente:

q t o t = q GRAMO S + q GRAMO D = 95 norte C
R d s = 40 metro Ω
La corriente de puerta promedio del DRV301 es de 30 mA, dividida por 6 MOSFET:
I gramo a t mi = 30 metro A 6 = 5 metro A

PAG s w = 1 2 V d d I o F s w q t o t I gramo a t mi
PAG s w = 1 2 × 48 V × 20 A × 10 k H z × 95 norte C 5 metro A = 91.2 W
PAG C o norte = I d s 2 R d s = dieciséis W

El tiempo de conmutación es de 19uS, que es bastante largo. Posiblemente, usar 5 mA sea incorrecto, pero usar la corriente máxima de la unidad no me parece lógico.

t r = q t o t I gramo a t mi = 19 m s

¿Estos valores parecen razonables? ¿Solo necesito encontrar un controlador de puerta más robusto? Gracias por cualquier consejo.

Con números por encima del promedio, la corriente de puerta es de alrededor de 10kHz × 95nC = 950uA cada FET.
Tanto la corriente promedio como la capacidad del controlador de compuerta no gobiernan los tiempos de conmutación; en su lugar, debe usar la corriente máxima de compuerta real. ¿En qué nota de la aplicación basas tu diseño?
Hola, Carloc. Hice un cálculo más detallado usando ( application-notes.digchip.com/070/70-41484.pdf ). Como no sé cuál es la corriente máxima real, supongo que no tengo suficiente información.
Hola Alex, genial, Infineon AN es realmente bueno. Encontrará expresiones de corrientes de puerta en la parte inferior de las páginas 8 y 9, de lo contrario, también puede usar los tiempos de subida y bajada informados en la hoja de datos. Estos cálculos siempre son un poco aproximados, no se quede atascado en decimales. Finalmente, prefiero optar por algunos FET RDS (encendidos) mucho más bajos, creo que 16 W cada uno solo para conducción es realmente demasiado difícil de enfriar.
Hola Carloc, gracias por la respuesta. De acuerdo con la nota de la aplicación, solo uso Vdriver-Vplateau/Rgate para determinar la corriente de la puerta cuando se enciende. Dado que puedo elegir el valor de la resistencia de la puerta, ¿significa esto que la corriente es lo que quiero que esté por debajo de la corriente máxima especificada por el controlador? Si uso un 10, la corriente de la puerta es de 510 mA, por ejemplo.
Sí, lo tienes :) es un grado de libertad para ser utilizado en el diseño

Respuestas (1)

Incluso con una corriente de conmutación alta, la corriente de puerta promedio será bastante baja, esencialmente cero, excepto durante cada instancia de conmutación. Calcular el tiempo de conmutación siempre es complicado, debido a la forma en que se especifican las piezas. Los valores de corriente máxima del controlador para esta parte se miden a 2 V (fuente) y 8 V (sumidero), y el voltaje mínimo de la unidad de puerta no se especifica en esta corriente sino en una corriente más baja. TI no proporciona ninguna curva para esta parte, solo algunos puntos discretos. El FET parece razonable con sus valores de capacitancia de transferencia inversa y de entrada. Por lo tanto, un cálculo preciso del tiempo de conmutación no es realmente factible.

Habiendo dicho esto, debe esperar tiempos de conmutación de cientos de nanosegundos en lugar de los 19 uS que ha estimado. Puede ajustar el tiempo de conmutación con una resistencia en serie en el controlador de compuerta, aunque es posible que esto no sea necesario ya que la pieza tiene un tiempo muerto incorporado. Haga que las trazas de FET sean anchas y cortas, incluida la puerta, para evitar la inductancia.

¡Gracias! Hice un cálculo más profundo del tiempo de cambio antes de ver su comentario usando ( application-notes.digchip.com/070/70-41484.pdf ), sin embargo, el problema de no saber cómo se ve la forma de onda actual sigue siendo un problema. Tendré en cuenta que el tiempo de cambio debe ser de cientos de nanosegundos, así que gracias por eso.
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