電機驅(qū)動器的輸出電流規(guī)格值

 

下表與上一篇“電機驅(qū)動器的絕對最大額定值”中給出的表相同。該電機驅(qū)動器IC為H橋結(jié)構(gòu)的功率MOSFET內(nèi)置型IC。在這些條件中，雖然輸出電流的最大額定值為3A，但是將推薦的2.4A作為最大輸出電流，在該條件下只要使用溫度不超過Tjmax=150℃就沒問題，這一點應(yīng)該是可以理解的。

 

 

 

工作溫度高會縮短使用壽命

 

實際上，只要在遵守推薦工作條件的前提下使用，基本上沒有問題，但是晶體管和IC等半導(dǎo)體元器件的可靠性（工作壽命）會因工作條件而有所不同。MTBF和FIT是表示可靠性的指標(biāo)，在推算這些指數(shù)時，溫度是決定推算所用的速率常數(shù)的主要因素之一。簡而言之，溫度越高，速度越快，劣化越早，壽命越短，即可靠性降低。

 

關(guān)于部件和材料的壽命，有一個經(jīng)驗法則叫做“10℃加倍法則（10℃減半法則）”。根據(jù)該法則，當(dāng)溫度升高（降低）10℃時，壽命將減半（翻倍），這是基于可以計算可靠性相關(guān)的速率常數(shù)的阿倫尼烏斯定律得出的結(jié)論。對于需要對壽命進行充分考慮的鋁電解電容器來說，當(dāng)其壽命標(biāo)為“105℃/2000小時”時，相差10℃壽命會減半（加倍）的情況是的確如此的。

 

因此半導(dǎo)體的使用壽命比電容器長得多，可能不太容易理解，但是基本上是同一個道理。除了溫度以外，與速率常數(shù)有關(guān)的因素還有濕度和化學(xué)反應(yīng)。拋開倍率不談，可以認(rèn)為只要條件越嚴(yán)苛，壽命就會越短。

 

需要通過降額來確保可靠性和安全性

 

“降額”是指相對于額定值留有一定的余量。降額不僅適用于溫度，還適用于耐壓等。在上面的示例中，雖然驅(qū)動器可以連續(xù)流過2.4A的電流，但是可以采取不在Tj=150℃的極限條件下使用，而是控制在比如電流2A以內(nèi)（經(jīng)過熱計算后）、環(huán)境溫度Ta保持在60℃以下的措施。這不僅關(guān)系到可靠性，還與安全性息息相關(guān)。

 

特別是對于功率元器件和電機驅(qū)動器而言，從安全角度出發(fā)，輸出段晶體管是否在安全工作區(qū)（SOA：Safety Operation Area，或ASO：Area of Safety Operation）范圍內(nèi)工作是非常重要的因素。

 

在上面的示例中，是內(nèi)置有四個MOSFET的H橋電機驅(qū)動器IC，因此不是單獨考慮晶體管，而是需要作為IC整體來考慮，需要在不超過IC的額定值、封裝容許損耗（PD）、最終不超過Tjmax的條件下留有余量即降額。但在使用控制器型電機驅(qū)動器IC通過外置的方式組成H橋時，選擇和評估晶體管時必須考慮安全工作區(qū)。

 

安全工作區(qū)（SOA、ASO）

 

下圖為MOSFET的安全工作區(qū)特性圖示例。安全工作區(qū)位于藍(lán)色曲線的內(nèi)側(cè)（電壓和電流較小一側(cè)的區(qū)域）。

 

 

安全工作區(qū)簡單來說是在VDS和ID的額定值內(nèi)側(cè)，但需要加上容許損耗（熱）和二次擊穿（Second Breakdown）*1的限制。另外，還涉及到MOSFET的導(dǎo)通電阻帶來的限制（當(dāng)VDS低時，根據(jù)歐姆定律，ID不會達到額定值），不過在此圖中省略了這部分限制（具體請參考這里）。

 

①：受VDS額定值限制。在該例中為20V。

④：受ID額定值限制。在該例中為2A。

③：雖在VDS額定值和ID額定值的內(nèi)側(cè)，但受容許損耗（熱）限制。是發(fā)熱量（VDS×ID×封裝熱阻）+Ta=Tj超過Tjmax時的邊界。

②：受二次擊穿*1限制。如果超過該值，就可能會引發(fā)熱失控，從而導(dǎo)致劣化或損壞。

 

要想確認(rèn)電機驅(qū)動器IC是否在安全工作區(qū)范圍內(nèi)，就需要測量電機驅(qū)動器IC實際的電壓和電流。對于電機驅(qū)動器IC而言，需要注意的是，由于線圈是感性負(fù)載，在電壓和電流之間存在相位差，因此需要在此前提下確認(rèn)電壓（VDS）和電流（ID）。

 

*1：“二次擊穿”原本是表示熱失控狀態(tài)（當(dāng)雙極晶體管進入高電壓大電流工作區(qū)時，出現(xiàn)電流集中現(xiàn)象，產(chǎn)生熱點且阻抗下降，進而電流增加的狀態(tài)）的術(shù)語，嚴(yán)格來講并不是針對MOSFET的術(shù)語。

 

但是，由于在MOSFET中也會產(chǎn)生熱失控的狀態(tài)（因熱量導(dǎo)致柵極閾值電壓和溝道電阻下降，從而導(dǎo)致電流增加，進而溫度上升、電流進一步增加的狀態(tài)），在MOSFET領(lǐng)域中，將這種狀態(tài)表述為 “二次擊穿”的情況并不在少數(shù)，因此本文使用了“二次擊穿”這一術(shù)語。

 

 

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