ZHCSN93A March 2023 – January 2025 DRV8952
PRODUCTION DATA
- 1
- 1 特性
- 2 應用
- 3 說明
- 4 引腳配置和功能
- 5 規格
- 6 詳細說明
- 7 應用和實施
- 8 封裝散熱注意事項
- 9 器件和文檔支持
- 10修訂歷史記錄
- 11機械、封裝和可訂購信息
封裝選項
機械數據 (封裝 | 引腳)
散熱焊盤機械數據 (封裝 | 引腳)
訂購信息
7.1.4 驅動熱電冷卻器 (TEC)
熱電冷卻器 (TEC) 的工作原理是珀耳帖效應。當在 TEC 兩端施加電壓時，直流電流流經半導體的接合處，導致溫差。熱量從 TEC 的一側傳遞到另一側，這會在 TEC 元件上產生“熱”側和“冷”側。如果直流電流反向，則熱側和冷側會互換。
調制流經 TEC 的電流的一種常見方法是，使用 PWM 驅動并通過改變導通和關斷占空比來改變平均電流。為實現通過單電源進行加熱和冷卻，需要使用 H 橋拓撲。DRV8952 可以驅動兩個 H 橋，從而以高達 5A 的電流雙向驅動兩個 TEC。還可以將一對半橋并聯在一起，從而驅動電流高達 10A 的單個 TEC。
采用 DDW 封裝的 DRV8952 還具有精度為 5% 的電流檢測輸出 (IPROPI)，無需在閉環控制拓撲中使用兩個外部分流電阻器，從而節省了物料清單成本和空間。圖 7-8 展示了連接至 DRV8952 驅動器的兩個 TEC 的原理圖。
圖 7-8 驅動兩個 TEC圖 7-9 顯示了使用更高電流驅動一個 TEC 的原理圖。
圖 7-9 使用更高電流驅動一個 TEC連接至輸出節點的 LC 濾波器將 DRV8952 的 PWM 輸出轉換為 TEC 兩端的低紋波直流電壓。需要使用濾波器來盡可能減小紋波電流，因為快速瞬變（例如，方波電源）會縮短 TEC 的壽命。建議最大紋波電流小于最大電流的 10%。TEC 兩端的最大溫差隨著紋波電流的增加而減小，其計算公式如下：
其中，ΔT 是實際溫差，ΔTMAX 是 TEC 數據表中指定的最大可能溫差，N 是紋波和最大電流之間的比率。N 不應大于 0.1。
選擇輸入 PWM 頻率時，需要在開關損耗與使用較小的電感器和電容器之間進行權衡。高 PWM 頻率還意味著 TEC 兩端的電壓受到嚴格控制，并且 LC 元件的成本可能更低。
二階低通濾波器的傳遞函數如方程式 21所示：
其中，
ω0 = 1/√(LC)，濾波器諧振頻率
Q = 品質因數
ω = DRV8952 輸入 PWM 頻率
通常選擇至少比 PWM 頻率低一個數量級的濾波器諧振頻率。根據此假設，方程式 21 可以簡化為：
H（以 dB 為單位）=–40 log (fS/f0)
其中，f 0 = 1/2π√(LC)，fS 是輸入 PWM 開關頻率。
如果 L = 10μH 且 C = 22μF，則諧振頻率為 10.7kHz。
該諧振頻率對應于 100kHz 開關頻率下的 39dB 衰減。
對于 VM = 24 V 的情況，39dB 衰減意味著 TEC 元件兩端的紋波電壓將大概為 270 mV。
因此，對于電阻為 1.5Ω 的 TEC 元件，流經 TEC 的紋波電流將為 180 mA。
在 DRV8952 的 5A 最大輸出電流下，180mA 對應于 3.6% 的紋波電流。
根據方程式 21，這將導致 TEC 元件的最大溫差降低約 0.13 %。
根據電源電壓和流經 TEC 元件的直流電流調整 LC 值。DRV8952 支持高達 200kHz 的輸入 PWM 頻率。在選擇輸入 PWM 頻率之前，必須仔細考慮器件在任何給定環境溫度下的功率損耗。
在某些基于 TEC 的加熱和冷卻系統中，實現閉合的電流環路非常重要。采用 DDW 封裝的 DRV8952 無需外部電流分流電阻器即可實現這一點。內部電流鏡用于監測每個半橋的電流，該信息可通過 IPROPI 引腳獲得。微控制器可以根據 IPROPI 引腳電壓檢測和調整 PWM 占空比。驅動兩個 TEC 時，將對應半橋的 IPROPI 引腳連接在一起，即可測量 H 橋電流。例如，在圖 7-8 所示的原理圖中，IPROPI1 和 IPROPI2 連接在一起，IPROPI3 和 IPROPI4 也連接在一起。如圖 7-9 所示，僅驅動一個 TEC 時，將所有 IPROPI 引腳連接在一起。
此外，DRV8952 可以通過向器件提供外部電壓基準 (VREF) 來調節電流調節跳閘點，從而在內部調節電流。然后，電流環路將在 H 橋（本體）內閉合。