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基础无刷栅极驱动器设计 —— 第1部分

关键词:基础无刷栅极驱动器 无刷直流电机驱动 德州仪器(TI)

时间:2017-12-18 16:13:13       来源:德州仪器(TI)

有充分的理由说无刷直流电机绝对是电机驱动器中最酷的一款产品。您可以获得更高的效率、功率和扭矩,更低的噪音、电磁干扰(EMI)及振动,更长的电池及电机寿命,更快的速度,更好的产品,更多的惊喜、乐趣和朋友,更好看的外观以及无数追随者的崇拜。这份清单使我可能已经渐渐陷于自己的希望和梦想(见图1),因此我只能说“结果可能会各不相同”。




图1:无刷DC:希望和梦想的支持者

无刷直流电机驱动的乐趣在于算法。您可以实现有传感器或无传感器监控、梯形或正弦控制、磁场定向控制(FOC)或换向。可选方案和烹饪鸡蛋的方法一样多——但事实上,只有十种真正称得上是独特的(其他方法只是做了一个小小的变化)。但是我现在不打算谈论这些。我将要讨论“步骤零”:为电机驱动系统设计硬件。在这一步,您随时可离开。图2所示为我对此现象的印象。




图2:舒适度随着电压水平和模拟内容线性下降

对于其余六个读卡器,许多无刷直流电机系统旨在追求高功率和高效率,这意味着最好的实现方式是用分立式MOSFET控制栅极驱动器的微控制器(MCU)。在您测试出最佳的速度环路算法来控制您的电机之前,您只需将MCU的智能与MOSFET的原始电流驱动能力连接即可。栅极驱动器充当MCU的逻辑域与MOSFET和电动机的功率域之间的转换器。有两种可以实现这种转换器的架构:分立式栅极驱动器和集成式栅极驱动器。有很多原因说服你任选其一。分立式驱动器提供最高的电源电压支持和最优的性能,但需要更多的组件并且缺乏保护功能。集成式驱动器为电机驱动器提供更具针对性的解决方案,但不会为您提供电压支持或分立式栅极驱动器的超高性能。除在一个芯片上使用三个分立式栅极驱动器外,像DRV8320这样的集成式驱动器还可以提供附加功能,如栅极驱动电源、感应放大器、功率器件或集成式栅极驱动无源器件。刚刚略读上述段落的读者可以看下表1。

分立式栅极驱动器

集成式栅极驱动器

电压范围

高达600V(或更高)

一般在60V以下

栅极驱动电流

高达4A(或更高)

通常为1A或更少

栅极驱动电源

需要另购

集成电源

传播延迟

超高速

足够快

停滞时间

从MCU插入

由栅极驱动器插入

控制所需的输入

6

6或3或1

外部组件

许多

少量

保护功能

无(或少许)

包括

100%PWM支持

表 1: 分立式栅极驱动器与集成式栅极驱动器;表中的细节比段落细节更多!

在本系列的第2部分中,我将创建并展示分立驱动器和集成驱动器之间的原理图和布局差异,以检测我落实原理图和布局的能力。
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