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H-브리지 MOSFET 선택

DC 모터 드라이버의 피크 전류, 전도 손실 및 최소 전류 등급을 포함한 H-브리지 MOSFET 요구 사항을 계산합니다.

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공식

I_peak = I_rated × k, P_cond = I²× R_DS(on)

k — Inrush multiplier (×)
R_DS — MOSFET on-resistance (Ω)

작동 방식

H-브리지는 DC 모터를 통해 양방향 전류를 허용하도록 배열된 4개의 스위치 (일반적으로 MOSFET) 로 구성된 전원 회로입니다.브리지는 대각선 쌍을 ON으로 돌리면 전류를 어느 방향으로든 구동하여 정방향, 역방향 및 제동이 가능합니다.주요 선택 파라미터로는 연속 드레인 전류 (I_D) ≥ 1.5배 모터 정격 전류, 드레인 소스 전압 등급 (V_DS) ≥ 2배 공급 전압, 전도 손실을 최소화하는 온상태 저항 (R_DS (on)), 게이트 드라이버의 구동 기능과 호환되는 게이트 전하 (Q_g) 가 있습니다.

계산 예제

30A 피크 돌입 시 24V, 10A 연속 모터를 구동하는 H-브리지에는 MOSFET을 선택하십시오.
1단계 — 전압 등급 (2배 경감):
V_DS ≥ 2 × 24 = 48V → 60V 정격 MOSFET 사용
2단계 — 전류 등급 (연속 피크+핸들 피크 1.5배):
I_D_CONT ≥ 1.5 × 10 = 15A 연속
I_D_피크 ≥ 30A (돌입용)
→ 40A 연속/100A 피크 정격의 MOSFET 선택
3단계 — 정격 전류에서 MOSFET당 전도 손실:
100°C에서 R_DS (on) = 8mΩ (예: IRFB3207) 이라고 가정해 보겠습니다.
P_cond = I² × R_DS (on) = 10² × 0.008 = 페트당 0.8W
총 4개의 FET (언제든지 2개 전도): 2 × 0.8 = 1.6W
4단계 — 게이트 드라이버 요구 사항:
Q_g = 70 nC (이 FET 클래스의 경우 일반적)
20kHz PWM에서 게이트 구동 전력: p_g = Q_g × V_Gs × f = 70e-9 × 12 × 20000 = FET당 16.8mW → 무시할 수 있음
5단계 — 데드 타임 요구 사항:
t_dead > t_fall + 마진 = 50ns + 20ns = 최소 70ns (100ns로 설정)
결과: R_DS (켜짐) 가 10mΩ 미만인 60V/40A MOSFET (예: IRFB3207, STP60NF06) 이 적합합니다.부트스트랩 하이사이드 드라이브가 있는 전용 게이트 드라이버 IC (예: IR2104) 를 추가하십시오.

실용적인 팁

  • ✓개별 로직 대신 전용 H-브리지 게이트 드라이버 IC (예: DRV8876, L298N, IR2104) 를 사용하십시오. 슈트스루 보호, 데드 타임 삽입 및 적절한 하이사이드 부트스트랩 드라이브를 제공합니다.
  • ✓스위칭 과도 현상을 억제하기 위해 100nF 세라믹 디커플링 커패시터를 각 MOSFET 드레인 소스에 최대한 가깝게 배치하고 공급 레일 전체에 대량의 100—470 µF 전해질을 추가합니다.
  • ✓통합 H-브리지 IC (L298N, DRV8833) 의 경우 내부 스위치의 R_DS (on) 를 확인하십시오. 대부분의 통합 드라이버는 1—3Ω 온 저항을 가지므로 2~3A 이상의 전류에서 상당한 전압 강하와 발열이 발생합니다.

흔한 실수

  • ✗공급 전압과 정확히 동일한 정격의 MOSFET 선택 — 모터 인덕턴스 스위칭으로 인한 전압 스파이크 (L×di/dt) 는 DC 공급 전압을 쉽게 초과하므로 항상 V_DS를 최소 2배로 낮춥니다.
  • ✗플라이백 (프리휠링) 다이오드 생략 — MOSFET에는 데드 타임 동안 전도되는 바디 다이오드가 있지만 고속 디스크리트 쇼트키 다이오드는 고전류 애플리케이션에서 복구 시간과 스위칭 손실을 줄여줍니다.
  • ✗4개의 MOSFET 모두에 단일 공유 게이트 저항기 사용 - 기생 진동을 방지하고 스위칭 속도를 독립적으로 조정할 수 있도록 각 게이트에 자체 저항이 필요합니다.

자주 묻는 질문

슈트스루는 동일한 브리지 레그의 하이사이드 MOSFET과 로우사이드 MOSFET이 동시에 켜져 전원 공급 장치에서 접지로의 단락이 발생할 때 발생합니다.한 FET를 끄고 다른 FET를 켜는 사이에 데드 타임 (일반적으로 50—200ns) 을 삽입하여 이러한 문제를 방지할 수 있습니다.최신 H-브리지 드라이버 IC는 데드 타임을 자동으로 구현합니다.
통합 H-브리지 IC (DRV8876, TB6612FNG, L298N) 는 최대 3~5A의 전류에 편리하며 보호 기능이 내장되어 있습니다.5A 이상의 모터의 경우 게이트 드라이버 IC가 있는 개별 MOSFET은 낮은 R_DS (on), 더 나은 열 관리, 데드 타임 및 스위칭 속도에 대한 완전한 유연성을 제공합니다.
게이트 드라이브 손실, 드라이버 IC의 대기 전류, 바디 다이오드를 통한 누설은 모두 공회전 가열의 원인입니다.50% 에 가까운 높은 듀티 사이클에서의 고주파 PWM은 스위칭 손실을 극대화합니다.가청 소음을 방지하기 위해 PWM 주파수를 최소로 줄이면 일반적으로 드라이버 발열이 크게 감소합니다.

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