Trinamic TMC603-EVAL evaluation Board TMC603-EVAL 데이터 시트

제품 코드
TMC603-EVAL
다운로드
페이지 41
TMC603 DATA SHEET (V. 1.05 / 11. Mar. 2009) 
38 
 
 
Copyright © 2008 TRINAMIC Motion Control GmbH & Co. KG 
8  Designing the application 
8.1  Choosing the best fitting power MOSFET 
There  is  a  huge  choice  of  power  MOSFETs  available.  MOSFET  technology  has  been  improved 
dramatically  in  the  last  20  years,  and  gate  drive  requirements  have  shifted  from  generation  to 
generation. The first generations of MOSFETs have a comparatively high gate capacity at a moderate 
RDSon.  Their  gate-source  capacity  is  two  to  five  times  as  high  as  the  capacity  of  the  gate-drain 
junction. These MOSFETs have a high gate charge and thus require high current gate drive, but they 
are easy to use, because internal feedback is low. In the early 2000s new MOSFETs have emerged, 
where  RDSon  is  much  lower,  and  gate-source  capacity  has  been  improved  by  minimizing  structural 
overlap.  Thus,  the  capacitance  ratio  has  shifted,  and  feedback  has  become  quite  high.  These 
MOSFETs thus are much more critical, and power drives have to actively force the gate off to prevent 
the  bridges  from  cross-conduction  due  to  feedback  from  the  drain  to  gate.  Latest  generation 
MOSFETs,  like  the  Vishay  W-Fet  technology,  further  reduce  RDSon,  while  reducing  the  capacity 
between the channel and the drain. Thus, these  MOSFETs have lowest gate charge, and again, are 
easier to control than the previous generation of MOSFETs. 
 
When choosing the MOSFET, the following points shall be considered: 
 
 
Maximum voltage:  
Choose  at  least  a  few  volts  above  your  maximum  supply  voltage,  taking  into  account  that  the 
motor  can  feed  back  energy  when  slowing  down,  and  thus  the  supply  voltage  can  rise.  On  the 
other hand, a transistor rated for a higher voltage is more expensive and has a higher gate charge 
(see next chapter). 
 
 
RDSon:  
A low RDSon gives low static dissipation, but gate charge and cost increases. Take into account, 
that  a  good  part  of  the  power  dissipation  results  from  the  switching  events  in  a  chopped  drive 
system.  Further,  to  allow  a  current  measurement,  the  RDSon  should  be  in  a  range,  that  the 
voltage  drop  can  be  used  for  measurement.  A  voltage  drop  of  50mV  or  higher  at nominal  motor 
current is a good target. 
 
 
Gate charge and switching speed:  
The switching speed should be compared to the required chopper frequency. Choose the chopper 
frequency  low  to  reduce  dynamic  losses.  When  the  application  does  not  require  slow,  EMV 
optimized switching slopes, choose a low gate charge transistor to reduce dynamic losses. 
 
 
Gate threshold voltage:  
Most  MOSFETs  have  a  specified  on-resistance  at a  gate drive  voltage  of  10V.  Some  MOSFETs 
are  optimized  for  direct  control  from  logic  ICs  with  5  or  even  3.3V.  They  provide  a  low  gate 
threshold voltage of 1V to 2V. MOSFETs with higher gate threshold voltage should be preferred, 
because they are less sensible to effects of the drain gate capacity and cross conduction. 
 
 
Package, size and cooling requirements 
 
 
Cost and availability 
 
8.1.1 
Calculating the MOSFET power dissipation 
The  power  dissipation  in  the  MOSFETs  has  three  major  components:  Static  losses  (P
STAT
)  due  to 
voltage drop, switching losses (P
DYN
) due to signal rise and fall times, losses due to diode conduction 
(P
DIODE
).  The  diode  power  dissipation  depends  on  many  factors  (back  EMF  of  the  motor,  inductivity 
and  motor  velocity),  and  thus  is  hard  to  calculate  from  motor  data.  Normally,  it  contributes  for  a  few 
percent to some ten percent of overall power dissipation. Other sources for power dissipation are the 
reverse  recovery  time  of  the  transistors  and  the  gate  drive  energy.  Reverse  recovery  also  causes 
current spikes on the bridges. If desired, you can add Schottky diodes over the (chopper) transistors to 
reduce the diode losses and to eliminate current spikes caused by reverse recovery. 
 
The following sample calculation assumes a three phase BLDC motor operated in block commutation 
mode with dual sided chopper. At each time, two coils conduct the full motor current (chopped).