Verlustleistung des Motortreibers
Berechnet die Verlustleistung eines Motortreiber-ICs oder eines diskreten MOSFETs, einschließlich Leitungsverlust und Schaltverlust bei einer bestimmten PWM-Frequenz.
Formel
P_cond = I² × R_DS × D, P_sw = f × Qg × V
Wie es funktioniert
Bearbeitetes Beispiel
Ein DRV8876-Motortreiber-IC (R_DS (on) = 565 mΩ insgesamt Hoch- und Tiefseite, R_ja = 35 °C/W) treibt einen 12-V-Motor mit einer Dauerleistung von 3 A und einer Einschaltdauer von 80% an. Die Umgebungstemperatur beträgt 40 °C. Schritt 1 — Leitungsverlust: P_Cond = I² × R_DS (an) × D = 3² × 0,565 × 0,80 = 4,07 W Schritt 2 — Schaltverlust (angenommen F_PWM = 20 kHz, t_sw = 100 ns): p_SW ≈ V × I × t_sw × f = 12 × 3 × 100e-9 × 20000 = 0,072 W (hier vernachlässigbar) Schritt 3 — Totale Ableitung: p_TOTAL = 4,07 + 0,07 = 4,14 W Schritt 4 — Sperrschichttemperatur: T_j = t_AMB + P × R_JA = 40 + 4,14 × 35 = 40 + 144,9 = 184,9 °C Schritt 5 — Maximum t_J für DRV8876 = 150 °C → ÜBERSCHRITTEN Lösung: Reduzieren Sie den Motorstrom auf 2 A oder fügen Sie dem Kupferguss auf der Leiterplatte ein Wärmeleitpad hinzu. Bei 2 A: P_Cond = 2² × 0,565 × 0,80 = 1,81 W → t_J = 40 + 1,81 × 35 = 103,4 °C ✓ Ergebnis: Bei 3 A überhitzt sich dieser Treiber in freier Luft bei 40 °C. Reduzieren Sie die Geschwindigkeit auf 2 A, oder verwenden Sie einen Kupferguss oder einen externen Kühlkörper, um R_ωJa zu reduzieren.
Praktische Tipps
- ✓Legen Sie das Wärmeleitpad auf der Unterseite der QFN/DFN-Motortreiberpakete frei und löten Sie es auf eine Kupferschicht mit mindestens 4 thermischen Durchkontaktierungen zur Grundplatte auf der gegenüberliegenden Schicht.
- ✓Messen Sie die Temperatur des Treiber-ICs beim ersten Einschalttest mit einem IR-Thermometer — eine Oberflächentemperatur über 80 °C weist auf eine unzureichende Kühlung hin und erfordert eine Verbesserung des Leiterplattenlayouts
- ✓Wählen Sie für Hochleistungs- oder Dauerbetrieb einen Motortreiber mit Synchrongleichrichtung (Low-Side-MOSFET-Freilauf statt Body-Diode), um die Freilauf-Leitungsverluste zu halbieren
Häufige Fehler
- ✗Verwendung des reinen R_JA-Werts (Junction-to-Ambient) aus dem Datenblatt ohne Berücksichtigung der Kupferfläche auf der Leiterplatte — ein großer Kupferguss kann den effektiven R_JA um 30— 50% reduzieren
- ✗Ignorieren des Einschaltzyklus bei der Berechnung des Leitungsverlusts — der Leitungsverlust skaliert mit dem Arbeitszyklus, sodass ein Motor im Leerlauf bei 20% Einschaltdauer nur 1/4 der Leistung abgibt, die bei einem Tastverhältnis von 80% bei gleichem Strom entsteht
- ✗Berechnung der Verlustleistung bei Nennstrom ohne Berücksichtigung des tatsächlichen Betriebsstroms — Motoren ziehen selten kontinuierlich Nennstrom; verwenden Sie den Effektivstrom für eine genaue Verlustschätzung
Häufig gestellte Fragen
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