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厳しい環境下でBLDCモータ駆動の熱性能を最適化する方法 (Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)
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厳しい環境下でBLDCモータ駆動の熱性能を最適化する方法 (Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介) |
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| 「アプリケーションラボ」は、Digi-Key社のご協力をいただいて、Digi-Key社が公開している新製品や技術情報を日本語でご紹介するWebページです。基礎技術から最新技術まで有益な情報を公開していますので、是非ご活用ください。 今回は、過酷な環境で使用されるBLDCモータを適切に動作させる方法と制御回路に使用するゲートドライバICとパワーMOSFETについて解説した記事をご紹介します。 ■厳しい環境下でBLDCモータ駆動の熱性能を最適化する方法 電気自動車(EV)や産業用ロボットなどの急速な普及により、ブラシレス直流(BLDC：Brushless DC)モータの需要が急速に増加しています。 一般に、DCモータを大別すると、ブラシ付きモータとBLDCモータがあります。ブラシ付きモータは、コイルを巻いた回転子(ロータ－)に電流を流すためにブラシが必要ですが、BLDCモータではコイルを巻いたステータが外周に固定されていて、磁石で構成された回転子には電流を流す必要がないのでブラシが不要です(ステータを回転子の内側に配置したアウターローター型BLDCモータもありますが、こちらもステータは固定されているのでブラシは不要です)。 BLDCモータはトルクが最大になるように制御できるので効率が良く、ブラシによる接触もないのでノイズが少なく長寿命という特徴を持ちます。その代わり、BLDCモータを回すためにはコイルに流す電流の方向とタイミングを制御しなければならず、ローターの回転位置を検出して電流をコントロールする制御回路が必要になります。 BLDCモータの制御にはマイコンを使用しますが、マイコンの出力ではモータを直接駆動できないので、マイコンの信号を増幅するためのゲートドライバICとパワーMOSFETが必要です。 また、BLDCモータは厳しい温度条件下で使用されることが多いため、効果的に熱管理を行う必要があり、パワーMOSFETとゲートドライバICを選択する際には、スイッチング周波数と効率だけでなく、外形や動作温度範囲にも注意を払う必要があります。そのほか、産業用には生産部品承認プロセス(PPAP)、車載用にはAEC-Q101といった規格に準拠しているかどうかも重要です。 【アプリケーションラボ】の解説記事では、BLDCモータを駆動させるゲートドライバICとパワーMOSFETを選択する基準、伝播遅延への対応、熱管理の方法、車載用デバイスの規格などについて解説した後、Diodes社製のゲートドライバICとパワーMOSFETを紹介しています。最後に、電磁妨害(EMI)を最小化し熱性能を最適化するプリント基板レイアウトについても解説しています。 ここで解説されているデバイスは、マルツオンラインのウェブサイトで購入できますので、是非参考にしてください。  DMTH6010LPD-13とDMTH6010LPDQ-13 【DMTH6010LPD-13】 単価：￥283 (税込) オン抵抗を最小限に抑えながら優れたスイッチング性能を維持するように設計された産業用途向けのMOSFETです。 ドレイン-ソース間耐電圧：60V、オン抵抗：11mΩ、入力容量：2615pF、動作温度範囲：－55℃～＋175℃ ▽デュアルNchエンハンスメントMOSFET(60V/175℃) 【DMTH6010LPDQ-13】 単価：￥357 (税込) オン抵抗を最小限に抑えながら優れたスイッチング性能を維持するように設計された車載用途向けのMOSFETです。AEC-Q101の認定済みでPPAPでサポートされています。 ドレイン-ソース間耐電圧：60V、オン抵抗：11mΩ、入力容量：2615pF、動作温度範囲：－55℃～＋175℃  DGD05473のブロック図 【DGD05473FN-7】 単価：￥187 (税込) NチャンネルMOSFETを駆動できる産業用途向けの最大定格50VのゲートドライバICです。 伝播遅延：20ns、最大遅延整合：5ns、最大駆動電流：ソース1.5A/シンク2.5A、スタンバイ電流：1μA未満、動作温度範囲：－40℃～＋125℃ ▽高周波ハイサイド/ローサイドゲートドライバ 【DGD05473FNQ-7】 単価：￥209 (税込) NチャンネルMOSFETを駆動できる車載用途向けの最大定格50VのゲートドライバICです。AEC-Q100の認定済みでPPAPでサポートされています。 伝播遅延時間：20ns、最大遅延整合：5ns、最大駆動電流：ソース1.5A/シンク2.5A、スタンバイ電流：1μA未満、動作温度範囲：－40℃～＋125℃ |
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