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提高效率和節能是家電應用中首要的問題。三相無刷直流電機因其效率高和尺寸小的優勢而被廣泛應用在家電設備中以及很多其他應用中。此外，由于采用了電子換向器代替機械換向裝置，三相無刷直流電機被認為可靠性更高。 標準的三相功率級(power stage)被用來驅動一個三相無刷直流電機，如圖1所示。功率級產生一個電場，為了使電機很好地工作，這個電場必須保持與轉子磁場之間的角度接近90°。六步序列控制產生6個定子磁場向量，這些向量必須在一個指定的轉子位置下改變。霍爾效應傳感器掃描轉子的位置。為了向轉子提供6個步進電流，功率級利用6個可以按不同的特定序列切換的功率MOSFET。下面解釋一個常用的切換模式，可提供6個步進電流。 MOSFET Q1、Q3和Q5高頻(HF)切換，Q2、Q4和Q6低頻(LF)切換。當一個低頻MOSFET處于開狀態，而且一個高頻MOSFET 處于切換狀態時，就會產生一個功率級。 步驟1) 功率級同時給兩個相位供電，而對第三個相位未供電。假設供電相位為L1、L2，L3未供電。在這種情況下，MOSFET Q1和Q2處于導通狀態，電流流經Q1、L1、L2和Q4。 步驟2）MOSFET Q1關斷。因為電感不能突然中斷電流，它會產生額外電壓，直到體二極管D2被直接偏置，并允許續流電流流過。續流電流的路徑為D2、L1、L2和Q4。 步驟3）Q1打開，體二極管D2突然反偏置。Q1上總的電流為供電電流(如步驟1)與二極管D2上的恢復電流之和。 圖1：三相逆變器拓撲結構圖。 圖2所示MOSFET器件的截面圖，顯示出其中的體-漏二極管。在步驟2，電流流入到體-漏二極管D2(見圖1)，該二極管被正向偏置，少數載流子注入到二極管的區和P區。 圖2：MOSFET器件的截面圖，電流流經其內部的體二極管。 當MOSFET Q1導通時，二極管D2被反向偏置， N區的少數載流子進入P+體區，反之亦然。這種快速轉移導致大量的電流流經二極管，從N-epi到P+區，即從漏極到源極。電感L1對于流經Q2和Q1的尖峰電流表現出高阻抗。Q1表現出額外的電流尖峰，增加了在導通期間的開關損耗。圖4a描述了MOSFET的導通過程。 為改善在這些特殊應用中體二極管的性能，研發人員開發出具有快速體二極管恢復特性MOSFET。當二極管導通后被反向偏置，反向恢復峰值電流Irrm較小，完成恢復所需要的時間更短(見圖3)。 圖3：具有快速體二極管恢復特性MOSFET，反向恢復峰值電流較小，恢復時間縮短。 我們對比測試了標準的MOSFET和快恢復MOSFET。ST推出的STD5NK52ZD(SuperFREDmesh系列)放在Q2(LF)中，如圖4b所示。在Q1 MOSFET(HF)的導通工作期間，開關損耗降低了65%。采用STD5NK52ZD時效率和熱性能獲得很大提升(在不采用散熱器的自由流動空氣環境下，殼溫從60°C降低到50°C)。在這種拓撲中，MOSFET內部的體二極管用作續流二極管，采用具有快速體二極管恢復特性MOSFET更為合適。 圖4：a) Q2采用標準MOSFET的開狀態操作； b) Q2采用ST公司的STD5NK52ZD MOSFET開狀態操作。 SuperFREDmesh技術彌補了現有的FDmesh技術，具有降低導通電阻，齊納柵保護以及非常高的dv/dt性能，并采用了快速體-漏恢復二極管。N溝道520V、1.22歐姆、4.4A STD5NK52ZD可提供多種封裝，包括TO-220、DPAK、I2PAK和IPAK封裝。該器件為工程師設計開關應用提供了更大的靈活性。其他優勢包括非常高的dv/dt，經過100%雪崩測試，具有非常低的本征電容、良好的可重復制造性，以及改良的ESD性能。此外，與其他可選模塊解決方案相比，使用分立解決方案還能在PCB上靈活定位器件，從而實現空間的優化，并獲得有效的熱管理，因而這是一種具有成本效益的解決方案。 |
