在我們之前關于 48V 汽車系統(tǒng)的文章中，我們提到更嚴格的排放標準正在推動新的汽車架構。汽車制造商實現(xiàn) CO 2排放目標的一種方式是采用輕度混合動力配置。在這里，48V 鋰離子電池輔助內(nèi)燃機驅(qū)動汽車；儲存回收的能量；并為泵、風扇、加熱器和壓縮機等輔助負載供電。這些輔助負載，以前可能由皮帶或液壓驅(qū)動，現(xiàn)在電氣化（電子負載）。但是，如何使用 48V 電池為電子負載供電？在本博客中，我將討論使用 48V 電池電源為無刷直流電機 (BLDC) 供電的主要考慮因素。

BLDC 是高效電機，非常適合電池電子負載應用。它們需要一個用于功率級的六晶體管逆變器（參見圖 1）。電源總線電壓（在本例中為 48V 電池）通過 10-50kHz 范圍內(nèi)的脈寬調(diào)制 (PWM) 順序施加到電機繞組，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。主微控制器控制換向，它根據(jù)霍爾傳感器或電機的反電動勢 (EMF) 計算轉(zhuǎn)子位置，并為所需的電機速度和扭矩響應生成 PWM 信號。通常，一個三相預驅(qū)動器或三個半橋預驅(qū)動器將驅(qū)動功率晶體管。由前置驅(qū)動器和晶體管組成的功率級在整體系統(tǒng)效率和性能方面發(fā)揮著關鍵作用。

圖 1：功率逆變器

在設計功率級時，有許多關鍵考慮因素，包括直流總線電壓、功率晶體管選擇和柵極驅(qū)動器選擇。

母線電壓

讓我們看一下電源總線電壓。這是一個 48V 電池，但當然這是標稱電壓。電池電壓隨可用充電狀態(tài)、溫度和不同的充電/放電負載條件而變化。LV148 規(guī)范規(guī)定范圍在 24V 和 52V 之間，因此您需要能夠處理開關電源節(jié)點電壓的預驅(qū)動器和功率晶體管，以及一些潛在尖峰（感應開關、負載突降、反向電磁場）。在 48V 的情況下，可以在電源節(jié)點上處理至少 100V 的晶體管和驅(qū)動器是一個不錯的選擇。

晶體管選擇

在輕度混合動力應用中，實現(xiàn)電池電量的最有效利用是實現(xiàn)每加侖英里數(shù) (mpg) 和 CO 2排放目標的關鍵之一。高效的逆變器從晶體管選擇開始。首先，考慮電機的額定電流，包括穩(wěn)態(tài)和啟動（啟動電流可能明顯高于穩(wěn)態(tài)）。晶體管的通態(tài)電阻 (R DSon ) 和相應的電流額定值應超過電機的峰值要求。

除了功率處理能力之外，MOSFET 的其他關鍵規(guī)格還包括柵極電荷 (Q G )、寄生電容 (C ISS、C RSS、C OSS ) 和體二極管特性。所有這些都會影響功率逆變器的效率。具有低 R DSon的大電流 MOSFET 可將傳導損耗 (I 2 R) 降至最低，但由于較高的柵極電荷和寄生效應，通常具有較大的開關損耗。圖 2 顯示了MOSFET 中導通損耗和開關損耗與 R DSon之間的權衡。

圖 2：開關損耗和傳導損耗之間的權衡

考慮到應用中相對較低的開關頻率（<50kHz），傳導損耗將是功耗的很大一部分，因此低 R DSon MOSFET 非常重要。

柵極驅(qū)動器選擇

開關電源應用需要將柵極驅(qū)動器與晶體管相匹配，以確保驅(qū)動器能夠提供峰值電流并滿足應用的開啟和關閉時間。最佳開關時間取決于所需的開關頻率、可接受的電磁干擾 (EMI) 生成以及從驅(qū)動器到柵極的走線長度。

控制晶體管所需的峰值驅(qū)動電流與柵極電荷和選擇的開關時間成正比。等式 1 顯示了柵極電荷、所需開關時間和所需驅(qū)動電流之間的關系。

我建議選擇峰值電流能力為 1.5~2 * 的柵極驅(qū)動器

在需要減慢轉(zhuǎn)換速度的情況下（例如降低 EMI），您可以添加一個柵極電阻；但是，這會增加一些延遲時間并增加開關損耗。

對于此應用，UCC272?01A-Q1  120V 3A 半橋驅(qū)動器（符合汽車標準）和CSD19536KTT 100V N 溝道 NexFET? 功率 MOSFET 非常適合。

UCC27201A-Q1高頻N溝道MOSFET驅(qū)動器包括一個120-V自舉二極管和具有獨立輸入的高側(cè)/低側(cè)驅(qū)動器，以實現(xiàn)最大的控制靈活性。這允許在半橋、全橋、雙開關正激和有源箝位正激轉(zhuǎn)換器中進行N溝道MOSFET控制。低壓側(cè)和高壓側(cè)柵極驅(qū)動器獨立控制，并在彼此的開啟和關閉之間匹配1-ns。UCC27201A-Q1基于流行的UCC27200和UCC27201驅(qū)動程序，但提供了一些增強功能。為了提高在嘈雜電源環(huán)境中的性能，UCC27201A-Q1能夠承受其HS引腳上的最大-18 V電壓。片內(nèi)自舉二極管消除了外部分立二極管。如果驅(qū)動電壓低于規(guī)定閾值，高壓側(cè)和低壓側(cè)驅(qū)動器都提供欠壓鎖定，強制輸出為低。
UCC27201A-Q1具有TTL兼容閾值，采用10引腳VSON和帶熱墊的8引腳SOIC。