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        電動工具中高邊驅(qū)動方案分析

        [ 產(chǎn)品新聞 ] 電動工具、驅(qū)動 2021-10-15 10:21:57
        Other Parts Discussed in Post:?LM5060,?BQ76200,?UCC27284

        作者:Jimmy Zhou

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        在無繩電動工具應用中,電池包的電壓通常為16V、20V、24V、40V、60V和80V,會使用機械開關控制驅(qū)動板供電,但是由于機械開關的特性,會存在開關火花、壽命、體積等缺點。

        1:電動工具中機械開關應用

        在電動工具中,引入高邊驅(qū)動方案,除了避免傳統(tǒng)機械開關的固有缺點,同時具有可控強、導通時間可調(diào)整、支持多包并聯(lián)、短路保護、體積小等優(yōu)點。如圖2所示,高邊驅(qū)動IC會產(chǎn)生高出電池包12V的電壓,通過控制MOS的Gate電壓,可以控制主回路通斷。

        2:電動工具中高邊驅(qū)動芯片方案

        1.支持多包并聯(lián)的LM5050

        LM5050是High Side Oring FET Controller,工作電壓支持1V – 75V,最大承受電壓支持100V。LM5050通過檢測VDS上電壓,控制VGS上電壓,實現(xiàn)理想二極管的功能。同時因為LM5050內(nèi)部已經(jīng)集成了電荷泵,供電電壓無需高于電池包電壓。在無繩電動工具中,可以通過多包并聯(lián)方式,提升整體的電池容量,也可以實現(xiàn)不同電壓等級電池包并聯(lián)。如圖3所示,通過電池包輸出串聯(lián)MOS的源級,經(jīng)由LM5050的控制,可以實現(xiàn)多個電池包并聯(lián)。

        3LM5050?應用多包并聯(lián)方案

        2.支持高邊驅(qū)動的LM5060

        LM5060是High Side Protection Controller,工作電壓支持5.5V- 65V,支持過壓保護、欠壓保護和過流保護,可調(diào)整的開通時間,通過控制EN引腳電壓,可以開斷輸出。LM5060內(nèi)部集成了電荷泵,不需要額外供電,可以實現(xiàn)24uA門極充電電流和80mA的門極放電電流。LM5060的功耗較大,工作電流1.4mA,失能電流為9uA。

        4LM5060?高邊驅(qū)動方案

        3.支持High Side?Back-to-back MOS驅(qū)動的BQ76200

        BQ76200是High Side NFET 驅(qū)動芯片,工作電壓8V – 75V,最高承受100V電壓,可以分別控制兩個Back-to-Back MOS。相比LM5060,BQ76200的工作電流為40uA,失能狀態(tài)下,內(nèi)部電荷泵模塊也會失能,靜態(tài)電流不超過10uA,更適合電池供電系統(tǒng)。同時,充電MOS和放電MOS可以分別獨立控制,靈活性更高。

        5:支持充電/放電獨立控制的BQ76200

        4. 支持Ideal Diode模式和輸出開斷模式的?LM7480x

        LM7480x是Back-to-Back NFET的驅(qū)動器,同時支持Ideal Diode模式和輸出開斷控制,輸入電壓支持3V – 65V,有-65V反向電壓承受能力,驅(qū)動開通電流20mA,驅(qū)動關斷電流2.6A,工作電流413uA,失能下靜態(tài)電流2.87uA。LM7480x即有LM5050的Ideal Diode模式,也具備LM5060輸出開斷控制。

        6:同時支持Ideal Diode模式和輸出開斷模式的?LM7480x

        5.使用半橋驅(qū)動芯片實現(xiàn)高邊Back-to-Back NFET驅(qū)動

        對于之前的驅(qū)動IC,電池電壓不超過80V,驅(qū)動電流也相對小,開關速度較慢。對于80V以上的Back-to-Back NFET驅(qū)動,可以考慮圖6的方案(Application Report SLUAA58)。如圖6所示,通過半橋驅(qū)動芯片,例如UCC27284,構(gòu)建電荷泵,把電荷泵電容電壓提升12V。通過上橋臂的邏輯電平,可以控制功率回路的通斷。同時,一般的半橋驅(qū)動IC的工作電流較大,工作電流達mA級別;失能條件下,靜態(tài)電流為7uA。從驅(qū)動能力上看,整體上取決于電荷泵電容和驅(qū)動電阻,在供電電壓12V,驅(qū)動電阻8.25?,電荷泵電容470nF等條件下,驅(qū)動電流為1.68A,開通關斷時間小于0.5us。

        7:使用半橋驅(qū)動實現(xiàn)高邊驅(qū)動

        最后,從母線電壓、功能、驅(qū)動能力、靜態(tài)電流等角度,給出以上5種方式的對比表格。

        15種高邊驅(qū)動方式的對比表格

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        LM5050

        LM5060

        BQ76200

        LM7480x

        Circuit in SLUAA58

        Function

        Ideal Diode Controller

        High Side Protection Controller

        High Side Back-to-Back MOS Driver

        Ideal Diode Controller, High Side MOS driver

        High Side Back-to-Back MOS Driver

        Bus Voltage

        75V

        65V

        75V

        65V

        >100V

        Normal Mode Current

        420uA

        1.4mA

        40uA

        413uA

        1.1mA

        Shut Down Mode Current

        -

        9uA

        10uA

        2.8uA

        7uA

        Gate Charge current

        30uA

        24uA

        10.9mA/3.4mA

        20mA

        Depends on charge-pump capacitor and gate resistor(Several amperes)

        Gate Discharge current

        2.8A

        80mA

        40mA/12mA

        2.6A

        ?

        其他信息

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