手持式电池供电电动工具 电机驱动原理及功率MOSFET选型推荐

在电动工具行业,电机及其控制系统的设计是核心和难点。电动工具要求转速低，力矩大，且成本要求较高，因此，目前大部分的手持式电池供电电动工具采用直流有刷电机。本文将就电动工具中直流有刷电机的驱动原理及其中MOSFET选型做简单介绍。

图1 直流有刷电机驱动电路

图1所示为直流有刷电机驱动电路，电动工具的直流电机采用H桥式结构，工作原理是Q1、Q4与Q2、Q3互补开关，当Q1和Q4为ON时，且Q4在Q1斩波期间总为ON，同理Q2和Q3一样;由于电机高速工作时会产生一定的尖峰电压，一旦超过器件的BV，就有可能导致MOSFET雪崩击穿，给器件带来不可逆的损伤，导致系统失效。

图2电机控制工作时的波形

在电动工具电机驱动中，由于MOSFET高速开关及其反向恢复特性，容易在系统中产生尖峰电压。图2波形说明了尖峰电压的产生过程;向G1输入栅极驱动信号，接通Q1，通入iD1。如果关断Q1，由于电机电感积累的能量会通过Q2的内部二极管产生续流电流iF。在该状态下如果接通Q1，受到Q2内部二极管反向恢复时间trr的影响，并产生过大的恢复电流iDr，该电流流过Q1。在iDr恢复期间，如果存在电路的寄生电感LS，就会产生由LS决定的尖峰电压。该尖峰电压影响MOSFET的安全运行，一方面需要通过减小LS，加RC吸收电路来抑制尖峰电压;另一方面更需要具有EAS能力强，反向恢复特性优良的MOSFET来提高系统整体的冗余度。

图3传统DFN5*6铝带封装 图4Cu ClipDFN5*6封装产品

无锡新洁能，推出新一代中低压SGT MOSFET，DFN封装，具有低导通电阻、低开关损耗、优异的体二极管反向恢复特性、高抗冲击能力等优点，特别适用于对能效和可靠性较高的应用场合。同时，新洁能针对DFN封装，开发Cu-Clip封装技术，相比于传统DFN MOSFET封装，新型Cu-Clip封装产品的导通电阻更低、电流能力更高、散热特性更好、均流效果更优、抗冲击能力更强、寄生电感更低，用于电机驱动、开关电源等系统中，能够大幅降低系统设计难度，提高系统可靠性。具体参数和型号推荐，如表1所示。

表1新洁能电动工具电机驱动MOSFET选型推荐表

无锡新洁能股份有限公司(www.ncepower.com)，专注于大功率半导体器件的研发和销售。公司2016-2017年连续两年，被中国半导体协会评为“中国半导体功率器件十强企业”。自主设计并销售产品包括12~200V沟槽型功率MOSFET(N沟道和P沟道)、30~300V屏蔽栅功率MOSFET(N沟道和P沟道)、500~900V超结功率MOSFET、600~1350V沟槽栅场截止型IGBT。公司产品系列齐全，性能优异，质量可靠，被广泛应用于消费电子、汽车电子、工业电子、新能源汽车及智能装备制造、轨道交通、光伏新能源等领域，进口替代性强。