Typické aplikace MOSFETů v bezdrátovém elektrickém nářadí, pokrývající architekturu pohonu, výběr parametrů, uspořádání pouzdra a budoucí trendy, poskytují spolehlivý odkaz pro průmyslové zákazníky.
I. Úvod zaměřený na výzvy: Ztráty výkonu a přehřívání u bezdrátového nářadí
Díky rozvoji technologie lithiových baterií se bezdrátové elektrické nářadí stalo běžným ve stavebnictví, údržbě i domácích pracích. Kompaktní konstrukce s vysokým výkonem však čelí dvěma zásadním problémům: nízké účinnosti řízení výkonu a vážným potížím s tepelným managementem.
Právě MOSFETy jsou klíčem k řešení těchto problémů. Díky nízké hodnotě R<sub>DS(on)</sub>, rychlé spínací rychlosti a flexibilnímu pouzdření se široce používají v ovladačích motorů, obvodech ochrany baterií a zátěžových spínačích.
II. Architektura aplikace: Použití MOSFETů v ovládacích modulech
Bezdrátové elektronářadí obvykle využívá topologii plného nebo polovičního můstku, kombinovanou s PWM řízením pro plynulou regulaci otáček a jemný start. MOSFETy hrají klíčovou roli v:
Spínání zátěžové cesty. Hlavní spínání výkonu z baterie na motor.
Komutace BLDC motoru. Vysokorychlostní spínání umožňuje efektivní komutaci bezkartáčových stejnosměrných motorů.
Ochrana baterie. Ochrana proti reverzi polarity a nárazovým proudům pomocí MOSFETových párů zapojených back-to-back.
V návrzích se často volí pouzdra SOP-8, TO-252 nebo DFN pro optimální tepelný odpor a úsporu prostoru.
III. Proč jsou MOSFETy v této oblasti preferovány
Ve srovnání s mechanickými relé nebo bipolárními tranzistory nabízejí MOSFETy významné technické výhody:
|
Parametry |
Výhody |
|
Odpor v sepnutém stavu |
Nízké napětí (až několik málo miliohmů), snižuje spotřebu energie a prodlužuje životnost baterie. |
|
Přepínací frekvence |
Až stovky kHz, přizpůsobení požadavkům vysokofrekvenčního řízení. |
|
Termální vlastnosti |
Podporuje konstrukce chlazení pomocí chladiče i desky plošných spojů (PCB). |
|
Napěťová hodnota |
Od 20 V do 100 V, přizpůsobení různým úrovním výkonu. |
|
Stabilita |
Silná odolnost proti ESD a jevům latch-up, zlepšuje celkovou životnost. |
IV. Případová studie: Použití MOSFETu v bezdrátovém nárazovém šroubováku 18 V
Při návrhu bezdrátového nárazového šroubováku od předního výrobce použil inženýrský tým následující strategii:
Dva N-kanálové MOSFETy v pouzdře TO-252 tvořily mostovou cestu ovladače.
RDS(on) bylo udržováno pod 8 mΩ, aby se omezilo teplo a ztráty výkonu.
Pouzdra vybavená tepelnou ploškou spolupracovala s hliníkovými chladiči na desce plošných spojů (PCB) pro odvod tepla.
Na čipu integrovaná ochrana proti ESD zlepšuje výkon v rušivých prostředích.
V. Budoucí výhled: Směrem k chytřejším a hustějším systémům
Budoucí trendy použití MOSFETů v bezdrátových elektrických nářadích zahrnují:
Chytré detekce poruch, Integraci GaN/SiC, Moduly vysoké hustoty výkonu, Interoperabilitu MCU-BMS.
EN
