4 高出力モータ駆動に関する考慮事項

図 3-1 に示すように、48V 高出力モータ・ドライバは、外付けの金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ (MOSFET) を駆動し、モータを回転させます。10kW～30kW の給電をサポートするために、これらの外部 MOSFET は 200A～600A 以上の電流をサポートする必要があります。MOSFET の R_DS(on) を最小限に抑えることで、放熱と導通損失を低減できます。場合によっては、各 MOSFET の放熱が分散されるため、チャネルごとに複数の MOSFET を並列接続する方が適切です。そのため、MOSFET のゲート総電荷は大きくなり、300nC～700nC などの大電流の範囲をサポートします。極端なケースで、30kW の給電をサポートする場合、MOSFET の総ゲート電荷は 1,000nC にまで達する可能性があります。

スイッチング損失によって発生する放熱を最適化し、ソリューション全体で電磁適合性 (EMC) の仕様を満たすことが重要です。MOSFET の VDS の立ち上がり時間と立ち下がり時間によって、スイッチング損失が決まります。立ち上がり時間と立ち下がり時間が短ければ、スイッチング損失を低減できますが、EMC の性能が影響を受けます。図 4-1 に、MOSFET のゲート電荷と MOSFET のスイッチング中の立ち下がり時間の関係を示します。

図 3-2 に示すように、48V バッテリが公称電圧を上回り、60V の制限値を超える過渡オーバーシュートが発生する可能性があります。逆に、モータ・ドライバの位相接続ピンは、負の過渡電圧に対する耐性を備えている必要があります。これは、MOSFET の寄生ダイオードの逆回復時間が原因で、応答速度が遅くなるためです。負の電圧に対処するとともに 48V よりも高い電圧で通常の動作を維持するモータ・ドライバを選択するのは困難です。

統合型の DRV3255-Q1 48V BLDC モータ・ドライバは、ハイゲート負荷 MOSFET を駆動する設計になっています。ゲート・ドライバ出力のピーク・ソース電流は 3.5A、ゲート・ドライバ出力のピーク・シンク電流は 4.5A です。このような高い電流駆動能力により、ゲート電荷が 1,000nC の場合でも、MOSFET の V_DS の立ち上がり時間と立ち下がり時間を短縮することが可能です。また、DRV3255-Q1 は、選択可能なゲート・ドライバ出力電流レベルを実装しています。これにより、システム設計者は、調整可能な電流レベルで立ち上がり時間と立ち下がり時間を微調整してスイッチング損失を最適化できます。その結果、放熱と EMC の性能に効果が生まれます。

DRV3255-Q1 のハイサイド MOSFET ゲート・ドライバ・ブートストラップ・ピンの最大動作電圧は、定格 105V です。また、最大連続動作のモータ電源ピン電圧は 90V で、DRV3255-Q1 は、48V モータの回転時に、正確な 90V 動作をサポートします。ブートストラップ・ピン、ハイサイド MOSFET ソース検出ピン、およびローサイド MOSFET ソース検出ピンの負の過渡電圧の下限値は、定格 -15V です。