高度集成的半导体产品不仅是消费产品的趋势,而且逐渐渗透到电机控制应用中。同时,无刷直流(BLDC)电动机在许多市场(例如汽车和医疗应用)中也显示出相同的趋势,其市场份额逐渐超过其他类型的电动机。
随着对BLDC电机需求的增加以及相关电机技术的成熟,BLDC电机控制系统的发展策略已从离散电路逐渐演变为三种不同的类别。解决方案的三种主要类型分为片上系统(SoC),专用标准产品(ASSP)和双芯片解决方案。
这三种主要解决方案可以减少应用程序所需的组件数量并降低设计复杂性,因此它们逐渐受到电机系统设计工程师的青睐。但是,每种策略都有其自身的优点和缺点。
本文将讨论这三个选项,以及如何在设计集成和灵活性之间进行权衡。图1:典型的离散BLDC电动机系统框图basic基本电动机系统由三个主要模块组成:电源,电动机驱动器和控制单元。
图1显示了传统的离散电动机系统设计。电机系统通常包含一个带有集成闪存的简单RISC处理器,该处理器通过控制栅极驱动器来驱动外部MOSFET。
处理器还可以通过集成的MOSFET和稳压器直接驱动电动机(为处理器和驱动器供电)。 SoC电动机驱动器集成了上述所有模块,并具有可编程性,可应用于各种应用程序。
此外,它也是由于空间限制而需要优化的应用的理想选择。但是,其处理性能低下,内部存储空间有限,因此不能应用于需要高级控制的电机系统。
SoC电机驱动器IC的另一个缺点是开发工具有限,例如缺少固件开发环境。业内大多数领先的微控制器供应商提供了多种易于使用的工具,这与之形成了鲜明的对比。
ASSP电机驱动器专为特定领域而设计,并且针对狭窄的应用进行了优化。它占用的空间非常小,不需要进行软件调整。
此外,它也是空间受限应用的理想选择。图2显示了10引脚DFN风扇电机驱动器的框图。
由于ASSP电动机驱动器通常专注于大批量生产应用,因此它们通常具有出色的性价比。但是,这并不意味着在ASSP驱动器上运行的电动机需要牺牲性能。
例如,大多数现代ASSP电动机驱动器可以驱动使用无传感器和正弦算法的BLDC电动机。过去,需要高性能微控制器来实现这一目标。
但是,ASSP产品缺乏可编程性,无法调整驱动强度,这限制了它们适应不断变化的市场需求的能力。图2:独立风扇电动机驱动器框图尽管高度集成是当今电子产品的主要趋势,但仍然有大量应用对具有丰富模拟驱动器和双芯片的双芯片解决方案的需求不断增长。
智能模拟微控制器。双芯片策略允许设计人员从各种单片机中选择模型,并使用梯形或正弦驱动技术支持传感器换向或无传感器换向。
在采用该方案时,支持驱动器芯片的选择非常重要。理想的支持芯片至少应具有以下特征:高效可调电压调节器,用于减少功耗以及各种单片机的电源监控和后台处理模块,以确保电动机的安全运行并允许两个主机和驱动程序之间的双向通信。
可选参数可优化性能,无需投资额外的编程工作量,适用于MOSFET或BLDC电机额定功率驱动器。