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对更高功率密度的需求推动电动工具创新处置赏罚赏罚妄图

宣布时间:2019年05月17日 16:05    宣布者:eechina
要害词: 电动工具 , 园林工具 , BLDC
作者:德州仪器 Brett Barr

电动工具中直流电机的装备已从有刷直流年夜幅转向更可靠、更高效的无刷直流(BLDC)处置赏罚赏罚妄图改变。斩波器装备等尺度有刷直流拓扑通常凭证双向开关的应用与否完成一个或两个功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。此外一方面,三相BLDC装备须要三个半桥或至少六个场效应管(FET),是以从有刷电流转向无刷电流意味着全球电动工具FET总区域市场增添了3到6倍(见图1)。

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图1:从有刷拓扑转换到无刷拓扑意味着FET数目泛起了6倍倍增

但BLDC设计在这些FET上提出了新的手艺请求。例如,若电路板上FET的数目6倍倍增也意味着驱动电机所需的印刷电路板(PCB)占用面积增添了6倍,那么BLDC设计不年夜能够仍适用于电动工具和园艺工具制造商。电力电子装备通常位于这些工具的手柄中;是以,为顺应最小的手部尺寸,应用通常受空间限制的影响极年夜(参见图2)。市场须要功率密度更高的处置赏罚赏罚妄图,换言之,就是须要在狭窄空间中处置赏罚赏罚更多电流的FET。

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图2:在年夜多数电动工具中,电子装备都位于手柄中

传统意义上讲,适用于驱动年夜功率电机的FET其封装又年夜又重,如TO-220、DPAK和D2PAK。但像TI的小型无引线封装(SON)5mm×6mm FET这类最新方形扁平无引线(QFN)封装可在硅片和源极管脚之间供应更小的封装电阻。单元面积的电阻较小意味着单元面积的传导消耗较少,也意味着电流才干和功率密度更高。是以,随着FET硅单元面积的电阻(RSP)一连降低(年夜致相当于之前每代产物的一半),电动工具、园艺工具和家用电器行业的QFN处置赏罚赏罚妄图泛起快速增添也就无独占偶了。这些较小的FET现在通常能够驱动高达30A或更高的直流电机电流;纵然关于功率更高的设计,并行接纳多个QFN有时更适用于更年夜的封装。现实,两个5mm×6mm的器件在60mm2的总PCB面积中仍只相当于占用一个D2PAK的一小部门尺寸,D2PAK在总PCB空间上约为10mm×15mm,即150mm2(见图3)。


图3:半桥所需的PCB空间(未按比例画出)

TI比来经由历程将两个FET纵向集成到单一封装中,将这一趋势归结为逻辑结论,在一个SON 5mm×6mm的功率模块中供应所有半桥。40V CSD88584Q5DC和 60V CSD88599Q5DC接纳与德州仪器低电压功率模块类似的堆叠裸片手艺,用于高频电源应用,同时接纳了优化的硅片,以增添年夜电流电机驱动应用的传导消耗。除减小在PCB上并排两个FET所带来的寄生电感外,纵向集成两个FET可在统一封装中包容更多的硅,从而完成比分立QFN器件更高的功率密度。

这些器件还具有带裸露金属顶部的耐热增强型DualCool™封装。是以,虽然仍存在一些情形,使得电动工具制造商能够更偏向于应用TO-220 FET来外面贴装FET,由于这些FET可装配在年夜型散热器上以将热量从PCB倾轧,然则这些功率模块接纳QFN封装供应了异常的利益。例如,纵然在最理想的热忱况中,通常也不勉励在尺度的5mm×6mm的QFN中耗散3W以上的功率。然则经由历程适当地应用散热器,这些DualCool器件可以应对6W或更多的功耗,功率密度翻了一倍,而PCB占用面积增添了一半。

现在,在电动工具、园林工具及电池供电的家用电器中推出更受迎接的BLDC电机时,功率密度就成为最主要的因素。TI新型功率模块处置赏罚赏罚妄图可在史无前例的水平上完成这一目的。
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