Massimizzare la densità di potenza

Spesso, nei sistemi di ultima generazione, i progettisti di azionamenti per motori brushless Dc devono affrontare il difficile compito di garantire le massime prestazioni possibili riducendo allo stesso tempo gli ingombri del sistema al minimo. Gli azionamenti ad alte prestazioni richiedono potenze superiori, una migliore protezione e più funzioni. Un ingombro ridotto, tipicamente imposto da una disponibilità di spazio limitata, costringe a ridurre la dimensione della scheda, contenendo al minimo il numero di componenti. Questi sembrano obiettivi contraddittori, ma massimizzare la densità di potenza è fondamentale per ottimizzare le prestazioni, le dimensioni delle soluzioni e la durata della batteria in applicazioni. Le soluzioni esistenti normalmente presentano dei limiti dovuti alla bassa efficienza termica e alla mancanza di funzioni di protezione. Questi aspetti costringono a distribuire le funzioni su più componenti, aumentando di conseguenza ingombri, costi e complessità del sistema. Per risolvere questi problemi Texas Instruments ha presentato due nuove famiglie di dispositivi che aiutano a ridurre dimensioni e peso delle applicazioni di azionamento per motori. La nuova proposta riguarda i gate driver DRV832x per motori Dc brushless e i blocchi di alimentazione CSD88584/99 NexFet. Se utilizzati insieme, questi nuovi dispositivi permettono di occupare solo 511 mm2, metà dello spazio su scheda rispetto alle soluzioni concorrenti.

Un’accoppiata vincente

I gate driver DRV832x Bldc sono basati su un’architettura intelligente di pilotaggio del gate che elimina da 11 a 24 componenti tradizionali. I driver consentono di impostare la corrente di comando per ottimizzare la perdita di potenza e la compatibilità elettromagnetica. I blocchi di alimentazione CSD88584Q5DC e CSD88599Q5DC sfruttano due Fet in un’esclusiva configurazione stratificata stacked-die che raddoppia la densità di potenza e riduce al minimo la resistenza e le induttanze parassite tipiche dei Fet side-by-side. Un progetto di riferimento per motore Bldc compatto a 18 V dimostra come il driver DRV8323 e il blocco di alimentazione CSD88584Q5DC siano in grado di garantire densità di potenza fino a 11W/cm3. Questo valore consente di accelerare lo sviluppo dei progetti più integrati e leggeri in numerose applicazioni, come ad esempio utensili elettrici, moduli motore, droni e altro ancora. L’accoppiata CSD88584/99-DRV832 permette di ottenere una potenza motrice di 700 W senza ricorrere a dissipatori di calore, erogando il 50% in più di corrente rispetto alle soluzioni convenzionali senza aumentare l’ingombro. Un ulteriore vantaggio è l’elevata corrente di picco: come dimostrato dal progetto di riferimento Bldc a 18 V, il gate driver intelligente e il blocco di alimentazione sono in grado di erogare correnti di picco fino a 160 A per più di 1 secondo.

Protezione totale del sistema

Dal punto di vista della protezione del sistema, un’attenta combinazione degli elementi interni permette di ridurre la lunghezza delle tracce, evitando effetti parassiti e attivazioni accidentali dei Fet. A questo si aggiungono le protezioni interne, che tutelano da condizioni di sotto tensione, sovracorrente e sovratemperatura. In termini di prestazioni termiche, i blocchi di alimentazione CSD88584Q5DC e CSD88599Q5DC sfruttano un package TI DualCool che permette di montare un dissipatore di calore sopra il dispositivo per ridurre l’impedenza termica e aumentare la quantità di potenza dissipata. Ciò consente di mantenere temperature di esercizio sicure per la scheda e per l’applicazione finale. La configurazione del nodo di commutazione del blocco di alimentazione permette di eliminare l’induttanza parassita tra i Fet high-side e low-side. Inoltre, l’integrazione dei componenti passivi del driver del gate DRV832x riduce la mole di percorsi sulla scheda.

Il dispositivo giusto per l’applicazione

I nuovi driver gate intelligenti Bldc DRV832x sono disponibili in otto diverse opzioni, con periferiche e interfacce diversificate che consentono di scegliere il dispositivo ottimale in funzione dell’applicazione. I driver sono proposti con o senza regolatore buck o con tre amplificatori shunt di corrente integrati. Ogni opzione è disponibile in versioni con interfaccia seriale di diagnostica. Il package di scelta è il classico Qfn (Quad flat no-lead). La tensione di alimentazione può variare da 6 a 60 V mentre la corrente può arrivare a 1 A in modalità source o a 2 A in modalità sink. I blocchi di alimentazione CSD88584/99 sono forniti in package Son DualCool. La tensione di rottura è di 40 o 60 V a scelta. I valori di Rds(on) vanno da 0,68 a 1,7 mΩ (per Fet) con ID rispettivamente di 50 A e 40 A Rms.

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