Dissipation de puissance du moteur
Calculez la dissipation de puissance du circuit intégré du moteur ou du MOSFET discret, y compris la perte de conduction et la perte de commutation à une fréquence PWM donnée.
Formule
Comment ça marche
Ce calculateur détermine la dissipation de puissance et la température de jonctiondans les circuits intégrés de commande du moteur à partir des paramètres de résistance à l'état passant, de fréquence de commutation et de résistance thermique. Les concepteurs de circuits imprimés, les ingénieurs en systèmes embarqués et les analystes thermiques l'utilisent pour vérifier que les circuits intégrés des pilotes restent à une température de fonctionnement sûre. Le dépassement de la température de jonction maximaledéclenche un arrêt thermique (généralement entre 150 et 175 °C) et provoque des interruptions intermittentes du moteur.
Selon la physique des semi-conducteurs, la dissipation du conducteur est constituée de pertes par conduction et de pertes de commutation : P_total = P_cond + P_sw. Les pertes par conduction suivent : P_cond = I² × R_DS(on) × D, où D est le rapport cyclique. Perte de commutation approximative : P_sw ≈ 0.5 × V × I × (t_rise + t_fall) × f_sw. Pour les pilotes de moteur 3A typiques à 20 kHz, les pertes de conduction dominent (commutation de 2 à 5 W contre 0,1 à 0,3 W).
Température de jonctioncalcul selon JEDEC JESD51 : T_j = T_ambient + P_total × R_θJA. Spécifié par le fabricant R_θJA suppose un minimum de cuivre PCB (1 in² selon la norme JEDEC). Grâce à une conception thermique optimisée (PCB à 4 couches, vias thermiques, coulée importante de cuivre), l'efficacité R_θJA réduit de 30 à 50 %. Le Texas Instruments DRV8876 (R_DS(on) = 565 mΩ, R_θJA = 35°C/W) à 3A en continu dissipe 5,1 W et atteint une jonction de 178 °C dans l'air libre, dépassant ainsi son maximum de 150 °C. Une conception thermique appropriée du PCB réduit le R_θJA à 20-25 °C/W, garantissant un fonctionnement sûr de 127 à 152 °C.Exemple Résolu
Vérifiez les performances thermiques d'un DRV8833 à double pont en Hpilotant deux moteurs 12 V/1,5 A. Spécifications du circuit intégré : R_DS(on) = 320 mΩ (par pont en H), R_θJA = 42°C/W (TSSOP-16), T_j max = 150 °C. La fréquence PWM est de 25 kHz, rapport cyclique de 75 %.
Étape 1 — Calculez les pertes de conduction par canal : P_cond = I² × R_DS(on) × D = 1.5² × 0.320 × 0.75 = 0,54 W par canal Total pour le double pont en H : 0,54 × 2 = 1,08 W
Étape 2 — Estimez les pertes de commutation : En supposant une hausse du t_sw = 50 ns et une baisse de 50 ns : P_sw = 0.5 × 12 × 1.5 × (100e-9) × 25000 × 2 canaux = 0,045 W (négligeable)
Étape 3 — Calculez la dissipation totale : P_total = 1.08 + 0.045 + 0.02 (au repos) = 1,15 W
Étape 4 — Déterminer la température de jonctionà une température ambiante de 40 °C : T_j = T_amb + P × R_θJA = 40 + 1.15 × 42 = 88,3 °C Marge par rapport à la limite : 150 - 88,3 = 61,7 °C — acceptable
Étape 5 — Calculez le courant maximum autorisé : P_max pour 150 °C à 40 °C ambiante : (150-40) /42 = 2,62 W I_max = √(P_max / (R_DS(on) × D × 2)) = √(2.62/(0.32×0.75×2)) = 2.34A par canal
Résultat : à 1,5 A par moteur et un cycle de service de 75 %, la jonction atteint 88 °C, bien en deçà des limites. Le pilote peut gérer jusqu'à 2,3 A par canal avant l'arrêt thermique à une température ambiante de 40 °C. L'ajout de vias thermiques (réduit le R_θJA à 30 °C/W) permet un fonctionnement de 2,7 A.
Conseils Pratiques
- ✓Conformément aux directives de configuration de Texas Instruments, exposez les pastilles thermiques sur les boîtiers QFN/DFN et connectez-les à au moins 9 vias thermiques (0,3 mm de diamètre) au plan de masse intérieur, ce qui permet de réduire la température de R_θJA 0 de 30 à 40 %
- ✓Mesurez la température de surface du circuit intégré à l'aide d'un thermomètre infrarouge lors des tests initiaux : une surface supérieure à 85 °C indique une jonction proche des limites ; une surface supérieure à 100 °C nécessite une refonte immédiate du PCB conformément aux directives de fiabilité
- ✓Pour des courants supérieurs à 5 A, optez pour des MOSFET discrets ( (R_DS(on) < 10 mΩ disponibles en TO-220) au lieu de pilotes intégrés (50-500 mΩ standard). Les FET externes dissipent 10 à 50 fois moins d'énergie au même courant
Erreurs Fréquentes
- ✗Utilisation de la fiche technique Bare R_θJA From sans tenir compte du PCB : selon JEDEC JESD51, le R_θJA est mesuré sur une quantité minimale de cuivre ; un PCB à 4 couches avec des vias thermiques et un plan de masse réduit le R_θJA effectif de 30 à 50 %, ce qui permet d'obtenir un courant 1,5 fois plus élevé
- ✗Ignorer le rapport cyclique dans les calculs de puissance : à un rapport cyclique de 50 %, la perte de conduction est deux fois inférieure à celle de 100 %. Un conducteur chaud à 90 % peut être refroidi à 50 %, ce qui permet d'obtenir un courant de pointe plus élevé pour une vitesse contrôlée par PWM
- ✗Calcul de la puissance maximale au lieu de la moyenne : selon la dynamique thermique, la température de jonction répond à la puissance moyenne (la constante de temps thermique est de 10 à 100 ms) ; utilisez le courant RMS pour une analyse thermique précise dans les applications PWM
Foire Aux Questions
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