【詳解】有刷電機驅(qū)動器的功耗計算方法-KIA MOS管

討論：是否可以用下面的公式計算電機驅(qū)動器IC的功耗？

（IC電路電流+流過電機的電流）×電源電壓

乍一看貌似沒問題，但實際上是不正確的?！癐C電路電流×電源電壓”雖然不錯，但“流過電機的電流×電源電壓”中卻含有電機的功耗，因此，正確的做法是應先求出電機驅(qū)動器IC的輸出功耗，再加上IC電路的功耗。

輸出功耗通過“損耗電壓×輸出電流”來計算。便于理解，給出了線性穩(wěn)壓器IC的功耗計算公式作為簡單示例。

線性穩(wěn)壓器IC的功耗＝自身功耗（Vin×Iin）＋輸入輸出電壓差（Vin－Vout）×輸出電流（IO）

在該公式中，Iin是技術(shù)規(guī)格書中被稱為“Icc”或“Iq”等的電流，是從Vin引腳流到IC內(nèi)部的輸出穩(wěn)壓控制電路并被消耗的電流。下一項“輸入輸出電壓差×輸出電流”是輸出損耗（消耗）功率。

例如，在運算放大器IC的輸出電流未達到毫安級別的情況下，即使通過“電源電壓×電源電流”來計算，也不會對其誤差產(chǎn)生很大的影響，但對于電源IC或電機驅(qū)動器IC這類需要供應較大輸出電流的IC來說，如果按照“電源電壓×輸出電流”來計算，則會產(chǎn)生很大誤差。

這樣的說明雖然貌似有些繞彎，但是電機驅(qū)動器IC的功耗計算也是相同的思路。

有刷電機驅(qū)動器的功耗計算方法

下面將以有刷電機驅(qū)動器IC為例來說明功耗計算公式。有刷電機驅(qū)動器IC的典型驅(qū)動方法包括恒壓驅(qū)動和PWM驅(qū)動，因此先來介紹恒壓驅(qū)動。

①恒壓驅(qū)動時的功耗計算

恒壓驅(qū)動的情況下，有刷電機驅(qū)動器IC的功耗Pc基本上可以通過以下公式求得：

Pc＝小信號部電路電流×電源電壓＋流過電機的電流×（高邊輸出間的電壓＋低邊輸出間的電壓）

下圖是表示功耗發(fā)生在哪部分以及功耗的產(chǎn)生機制示意圖。

標為“小信號部”的部分是有刷電機驅(qū)動器IC的控制電路，設這部分的電路電流為Icc、電源電壓為Vcc、流過電機的電流為IO。此外，Q1～Q4的MOSFET在輸出段的H橋電路中。

小信號部電路的功耗可以簡單地通過Icc×Vcc來計算。

H橋部分是高邊Q1和低邊Q4導通，IO從Vcc經(jīng)由Q1流向電機，并經(jīng)由Q4流向GND。需要求此時的H橋的功耗（損耗）。

MOSFET的導通狀態(tài)可以等效地視為電阻器，其阻值為MOSFET的導通電阻Ron。

假設高邊Q1的導通電阻為RonH、低邊Q4的導通電阻為RonL，則各輸出之間的電壓可用以下公式來表示。

高邊輸出間的電壓VH＝IO×RonH

低邊輸出間的電壓VL＝IO×RonL

由此，即可通過以下公式來計算功耗Pc。

Pc＝Icc×Vcc＋Io×（VH＋VL）＝Icc×Vcc＋IO2×（RonH＋RonL）

雖然測量實際VH和VL的方法很實用，但是由于MOSFET的Ron已在技術(shù)規(guī)格書中給出，因此使用最大值來計算即可預估最差的情況。

②PWM驅(qū)動時的功耗計算

首先，請看PWM驅(qū)動時的工作等效電路及其工作電壓和電流波形。工作等效電路的左側(cè)是施加電壓時各MOSFET的狀態(tài)示例，右側(cè)是電流再生時各MOSFET的狀態(tài)示例（省略了不影響工作的MOSFET）。

對于輸出OUT1來說，一個PWM周期（tpwm）中的工作分為以下四個部分：

tr：從低電平轉(zhuǎn)換為高電平的時間

tdr：維持高電平并供給電流的時間

tf：從高電平轉(zhuǎn)換為低電平的時間

trc：維持低電平并再生電流的時間

而對于輸出OUT2來說，則始終處于低電平工作狀態(tài)。

為便于思考，假設在這些工作中當輸出從高電平轉(zhuǎn)換為低電平或從低電平轉(zhuǎn)換為高電平時的電壓變化是直線，而在此期間電流恒定不變。此外，設施加電壓時和電流再生時的電流變化也是直線（參見上圖中的波形）。

電壓變化部分的能耗是電壓部分的時間函數(shù)與電流部分的時間函數(shù)的積在時間區(qū)間內(nèi)的積分。電流變化部分的功耗是電流部分的時間函數(shù)的平方與總電阻的積在時間區(qū)間內(nèi)的積分。

也就是說，在一個PWM工作周期內(nèi)，電流回路中驅(qū)動時段與再生時段的變化所產(chǎn)生的功耗，就是在這個周期內(nèi)，驅(qū)動時段與再生時段各自的時間占比內(nèi)功耗的和。

有刷電機驅(qū)動器的PWM驅(qū)動施加的是脈沖而不是像有刷電機驅(qū)動器恒壓驅(qū)動那樣施加恒定電壓，因此有刷電機驅(qū)動器PWM驅(qū)動的計算公式有些復雜，希望能以此為例來理解其思路。

聯(lián)系方式：鄒先生

聯(lián)系電話：0755-83888366-8022

手機：18123972950

QQ：2880195519

聯(lián)系地址：深圳市福田區(qū)車公廟天安數(shù)碼城天吉大廈CD座5C1

請搜微信公眾號:“KIA半導體”或掃一掃下圖“關(guān)注”官方微信公眾號

請“關(guān)注”官方微信公眾號:提供  MOS管  技術(shù)幫助

免責聲明：本網(wǎng)站部分文章或圖片來源其它出處，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除。