无刷电调与有刷电调功耗的对比（转帖）

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无刷电调与有刷电调功耗的对比（转帖）
无刷电调功耗计算举例：

第一个例子：
LMT 18120无刷电调。标称最大连续工作电流120A。采用3块（其实是4块，其中一块FET板与主控板叠成了一块4层印刷板）印刷板叠加的结构。采用SI4842 FET。每只管子的内阻为3.7毫欧。三相驱动桥路中，每个半桥的管子数量为2×15只。三相共90只。电调采用热缩管封套封装。所使用的热缩管较薄，散热效果稍好。最上面的一层FET上盖有一块散热片。估计散热功耗在3W左右。
第二个例子：
HACKER MASTER CAR COMPETITION。标称最大连续工作电流90A。采用4块（3块FET板＋一块主控板）印刷板叠加的结构。采用SI4404 FET。每只管子的内阻为6.5毫欧。三相驱动桥路中，每个半桥的管子数量为2×9只。三相共54只。整个电调封闭在一个塑料盒子中。下面两侧FET的散热完全靠盒子内部的空气和盒子本身的热传导散热。最上面的一层FET上覆盖有一块散热片。估计承受的耗散功率应该在5W以内。
从上面的计算可以看出标称90－120A的电调。如果不采取散热措施。这些标称上百A的无刷电调，实际的最大连续工作电流不过30－50A。
原文件。可以看到具体的计算公式。
http://www.mygimmibbs.com/bbs/viewfile.asp?ID=4973
电调总连续最大工作电流：即从电源线流过的连续电流的大小
电调每相连续最大工作电流：大小为3/2倍的“电调总连续最大工作电流”。因为转子旋转一周，每相导通时间为2/3×占空比。也就是每相在转子转2/3圈中流过的平均电流。
每相导通期间连续最大工作电流：即“电调每相连续最大工作电流”除以占空比
占空比：油门的大小。计算中取25％－95％
每个FET连续最大工作电流：“每相导通期间连续最大工作电流”除以每相的半桥的一半的FET数量
每个FET最大内阻：取FET手册上10V栅压下的最大内阻。这个内阻是在FET的工作温度达到70以上时，仍旧可以达到的
每个FET功耗：根据P＝I^2×R×占空比×2/3的公式得出FET的功耗。
电调总功耗：“每个FET功耗”×FET总数
最后的计算公式为：P＝81×I^2×R÷（n×m）。其中P为电调功耗，I为流过电调的最大平均电流，R为单个FET的内阻，n为占空比，m为FET的数量。
可以看出，在散热条件不能得到改进的前提下，如果想提高无刷电调的电流容量，就必须采取以下措施：
1.减小每个FET的内阻。电调的耗散功率与每个FET的内阻大小成正比。对于后一个电调，如果选用内阻为3.6毫欧的FET，则电调的耗散功率就可以减小45％，而同样的耗散功率下，电调的连续最大工作电流则可以增加34％。
2.增加FET的数量。电调的耗散功率与FET的数量成反比。如果耗散功率不变，FET数量增加50％，则电流容量可以增加22％。
无刷电调和有刷电调功耗/电流容量的对比：
无刷电调的功耗的公式：
P＝81×I^2×R÷（n×m）
单向有刷电调的功耗计算公式：
P＝I^2×R÷（n×m）
双向有刷电调的功耗计算公式：
P＝8×I^2×R÷（n×m）

比较一下两者的耗散功率的计算公式，你会发现同样FET数量下，无刷电调的耗散功率大约是单向有刷电调的81倍！！！！是双向有刷电调功耗的10倍。
考虑一下有刷电调的实际配置：一般的顶级车用单向有刷电调驱动电机前进用的管子数量为12－14只。姑且按12只计算。则同样取油门95％，内阻6.5毫欧，功耗6.4W来计算，则单向有刷电调的最大连续电流容量可以达到105A！！！即使取电调的内阻为9毫欧，电调的最大连续电流容量仍旧可以达到90A！难怪许多车用的顶级电调用的不过是SI4420这样的一般的FET。
油门（占空比n）对电调功耗的影响
根据上述公式，你可以看出占空比n和功耗也有密切的关系。功耗和占空比的平方成反比。也就是说，其他参数不变的前提下，占空比减小一半，则功耗要增加4倍。好在一般占空比减小的时候，即油门减小的时候，工作电流也是成比例递减的，但我相信不是成正比递减。我在上述EXCEL文件的公式中按照占用比的三次方根递减。这样当油门下降70％（从95％降到25％）时，电流大约下降了34％左右。你可以看到这时电调的功耗大约增加了56％。
这其实说明了为什么许多无刷电调的厂家在说明书中会特别说明电调的参数是指直线竞速时的参数。这是因为直线竞速比赛中，油门始终接近100％，因此占空比也接近100％。占空比对电调功耗的影响就比较小。而如果用在其他油门不断变化的场合，比如船模的耐久比赛，更不用说跑一圈油门恨不得变上几十次的车模，那么占空比n对电调的功耗就会有非常显著的影响。车模用的无刷电调难以开发，除了操控线性的原因以外，这也是重要原因之一。
无刷电调发展的方向
根据上述公式，可以看出有刷电调在现有的FET内阻下，已经几乎可以做到接近0的损耗了。而电调的体积也已经小得不能再小。如果再小就只有乞求integration on die和power module等芯片级的封装技术了。模型这样市场相对狭窄的领域，这种技术的应用成本实在时太高了。对于有刷电调来说也是不必要的。
而无刷电调功耗公式中的那个系数“81”说明无刷电调的发展还有很长的路。一个81倍的系数就使无刷电调在体积、重量、电流容量、功耗等方面远远落后于有刷电调。因此必须采取一些措施来大大加大无刷电调的FET数量和减小FET的内阻。从我个人的经验来看，HACKER的无刷电调用的FET的内阻还有很大改进的余地。毕竟6.5毫欧和国内都能买到的3.6毫欧的内阻之间还有高达45％的差距。而LMT的电调的改进余地真是不大了。除非使用耐压20V的FET，以及笔记本电脑中采用的与SO-8兼容的特殊封装（Vishay的PowerPAK和IRF的DirectFET），让内阻降到2.2毫欧，同时实际散热能力加强，这时才有可能进一步加大电流容量和减小功耗。要么就干脆使用integration on die或者power module的方式，把体积和重量（甚至是印刷板的连接电阻）大幅度缩小，以在同样的印刷板面积上容纳更多的FET。通过增加FET的数量来降低功耗的提高电流容量。
IRF的FET技术叫做HEXFET。HEX是FET内部硅片上每个微FET的外形。因为是六角形的，可以最大限度的利用硅片面积，又很像蜂窝，所以起名叫HEXFET。如果用这种技术，把若干块小硅片继续集成为一块较大的硅片，并在每个小硅片的栅极内置分流电阻，这样也许真的可以做出内阻小于0.1毫欧的FET module。6片这样的FET module就能做出一个无刷电调的驱动单元。4片就可以做成一个双向有刷电调的驱动单元。这样的技术多么令人神往啊。相信将来一定有一天，会某种工业化产品会需要这种技术，有厂家会根据这种需要制作出相应的产品。模型技术到时只要利用这种现成的产品就可以生产出现在单向有刷电调大小的无刷电调。无刷电调的电流容量将不再是困扰玩大功率电动模型玩家的因素。而无刷电调的体积和重量将和现在的单向有刷电调一样大、一样轻。无刷电调也一定会真正替代有刷电调进入模型的领域！

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您好，我有几个问题想请问一下：
　　第一：文中说“这样当油门下降70％（从95％降到25％）时，电流大约下降了34％左右。你可以看到这时电调的功耗大约增加了56％。”我不是怀疑你的公式，但我想不通的是，我们知道，电调是通过控制功率管的导通时间来决定平均输出功率大小的，导通时间越长，平均输出功率越大，反之则越小。在功率管导通的时候才因为导通内阻而产生功率损耗，当功率管截止的时候，内阻无穷大相当于断路，是不产生功率损耗的，这也是大功率调速器不使用线性电阻调节的原因，效率相当高。因此我就不明白了，当电流下降的时候，也就是功率管导通时间减少，截止时间增加的时候，电调的功耗为什么反而增加了？我们这样考虑，设导通时间不变，电流下降，决定了在功率管上的压降降低，决定了功耗的减少，而与此同时，功率管导通时间减少，虽然瞬间的功耗不变，但，平均的功耗是在降低的，因为截止是不产生功率损耗的。所以功耗应该随电流下降而更快的下降才对，
P＝I2R。请问为什么会反而增加了呢？？
　　第二：如文中说，几十个FET管，总功耗在5、6W，而每个FET管的功耗只是0.1W左右甚至更小，而从手册中得知，一个常用的SO－8封装的管子功耗0.5W时是绝没问题的，而当这些电调工作在几十A的时候，即使只加上10V的电，也有了几百W的输出功率，电调的损耗在1%左右，也就是说效率在99%以上，这样的损耗，在电池内阻，马达的效率面前几乎可以不计了，甚至可以和几十CM的电线加几个插头的功耗相提并论，我们是否应当买更低内阻电调的钱（随电流值上升，RMB是增加飞快的），更多的投资在更好的电池，效率更高的马达和传动设计上，或换个话说我们能否用手头上的电调在保证散热的同时驱动更大电流的负载呢？？？？
　　也许我了解不全面，请大家给予指正！！！