使高度集成的电机驱动更加安全、环保和智能的方案

随着电机驱动的发展，市场对电机驱动有了新的要求——更安全(运行稳定、故障率低)、更环保(高效、低功耗)、更智能(算法先进、使用方便)。过去，电机驱动是在离散的情况下设计的，电路板包括几个子电路，如预逻辑、MOSFET驱动、时钟、电源管理、温度传感器、保护电路、电源控制、比较器和参考电压(图1)。这样电路板尺寸大，安全性不高。

不久前，德州仪器(TI)推出了24V三相无传感器BLDC电机驱动器DRV10983。德州仪器中国高性能模拟产品市场开发业务开发经理辛本伟表示，现在很多电机应用要求体积越来越小，要求将单片机和驱动电路(包括各种保护电路)集成到电机中，这也是电机未来的发展方向。

图1:传统的分立电机驱动解决方案需要100多个晶体管、数字门、放大器、低压降稳压器、温度传感器和保险丝。

德州仪器拥有广泛的电机驱动器(包括步进电机驱动器、有刷DC电机驱动器、无刷DC电机驱动器、螺线管驱动器和霍尔效应传感器集成电路等)。)，具有15年以上设计经验；以客户定制的形式广泛应用于硬盘、光驱、喷墨打印机、数码相机、汽车行业等行业。德州仪器于2010年成立了电机驱动部门(MDBU)，并开始进入大众市场。

辛本伟指出，将电机驱动做成高度集成的解决方案，驱动器、MOS管、保护电路、控制开关、算法都集成在一起。这样做的好处是：1。减少PCB尺寸和BOM2.由于集成度高，可靠性提高，整个电路的一致性非常高；3.客户可以直接用一个IC设计产品，无需分立方案设计。此外，所有TI电机驱动产品都提供完整的保护，包括过流/短路保护、过热保护、欠压闭锁和击穿保护。

保护方面，与地、电源或线圈短路需要过流保护。与当前的regulaTIon电路不同，ti产品包括另一个保护电路“ILIMIT”。ILIMIT是硬件电路的复杂算法。通过降低功率管的栅极电压，电源的漏极电阻会增加，从而限制通过它的电流。在这方面，TI产品的快速响应时间约为100ns。每个功率管都需要单独的保护机制，同时需要能够快速反映过流情况而不误判。一般分立器件的保护电路只有整体水平，单个功率MOSFET管烧坏是不会保护的，等第二个MOSFET烧坏了再行动就来不及了。

TI的电机驱动系列DRV88xx完全短路时，回路电流可在400左右恢复到9A，约3 s后关闭输出级.如果你稍微慢一点关，9A就意味着电机和后面的电路都会烧坏。

集成在DRV88xx中的保护还包括欠压闭锁、击穿保护和热关断等功能。欠压闭锁——芯片自行持续监测电源电压值，在电压过低时将输出端设置为高阻抗状态，保证H桥正常工作。击穿保护——同一半桥的高边和低边决不允许同时打开。为了避免这种现象，在高侧关断和低侧导通之间人为地增加了时间延迟(死区时间)。死区时间越长，H桥运行越安全，但线性度和效率越差。热关机-过度加热和散热器不足。过高的环境温度可能会损坏芯片。许多热传感器集成在钛芯片内，以连续监控温度。当芯片温度上升到过热阈值时，H桥将被设置为高阻，微步进细分复位。TI的部分产品可以在热停堆前进行预测，预测温度一般比热停堆阈值低20~30。

技术方面，TI电机驱动的RDSON可以达到100 m以下，而其他很多厂商只能达到200 m ~ 300 m。内阻越小，功耗越低，休眠状态下漏电的可能性越小。另外，PowerPad在芯片底部有一个散热器，直接贴在PCB上，依靠背面的地(铜箔)散热，节省了散热器的使用。

算法方面，TI有一个Kilby实验室，里面有很多专门研究电机的专家，研究处理算法。DRV8818做步进，1/2细分，1/4细分，1/8细分的时候很均匀。此外，TI的步进电机驱动器比同类产品具有更小的过零失真和电感放电失真，这意味着更小的转矩脉动和更平稳的电机运行。

最新的DRV10983的一个应用就是厨房排气扇。以前使用交流电机的厨房排气扇设计简单，但是功耗很高。目前市场上使用的是24V三相无传感器电机。首先，发动机的成本没有增加；其次，能效控制很好，可以无级调速。同时会提供详细的报告，比如是否锁定，电源是否过压/欠压等。

辛本伟透露，现在很多风扇厂商都在考虑使用这个方案。因为国家现在提出了能源效率比

要求，所以未来交流转直流一定是电机的发展趋势。如果采用三相带霍尔的设计会很麻烦，因此现在基本上厂商会选三相无霍尔的设计。同时，做三相最基本的方法是每相120°，这种方法一是稳定性不好，二是有噪声。TI的180°三相正弦控制算法在相与相之间有重叠区，转起来会很平稳，能够实现静音工作。此外，DRV10893内部集成了可编程转换配置文件、IPD、Align+Go、正向和反向启动、可调节通信角度、同步整流、高级转子锁定保护等功能（图2）。

　　图2:24V三相无传感器BLDC电机驱动器DRV10983。