適用于緊湊型無(wú)刷電機(jī)應(yīng)用的MP6540 和 MP6540A

近年來(lái)，隨著消費(fèi)者對(duì)日用電器“智能化”的呼聲越來(lái)越高，利用小型電機(jī)實(shí)現(xiàn)基本自動(dòng)機(jī)械功能需求也逐步激增。這些電機(jī)驅(qū)動(dòng)器按照制動(dòng)類別劃分，被廣泛用于家用電器、家居及工業(yè)自動(dòng)化以及汽車電子設(shè)備等應(yīng)用中。

從開窗到智能門鎖操作，亦或是大燈調(diào)節(jié)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器正無(wú)處不在，而且，隨著技術(shù)的發(fā)展，三相無(wú)刷電機(jī)在不斷代替老式的有刷電機(jī)，可靠性和效率得到大幅度提通常，簡(jiǎn)單的有刷電機(jī)由MOSFET組成的半橋或全橋來(lái)驅(qū)動(dòng)，具體取決于是否需要單向或雙向旋轉(zhuǎn)（見(jiàn)圖1），通過(guò)使用PWM輸入控制電流來(lái)控制速度。有刷電機(jī)技術(shù)成熟，因成本低廉且相對(duì)易于控制而被廣泛使用，但也由于有刷的換向器觸點(diǎn)和碳刷很容易磨損，導(dǎo)致其使用壽命大打折扣。

相比而言，三相無(wú)刷電機(jī)在位置控制方面具有更大的靈活性，可以精確控制三相中每相的電流，以便將電機(jī)設(shè)置在特定的位置（參見(jiàn)圖2）。

同時(shí)，有刷電機(jī)中的機(jī)械換向被電子換向所取代，因?yàn)椴淮嬖谔妓⒛p的情況，無(wú)刷電機(jī)的可靠性變得更高。

圖 1：帶換向器的無(wú)刷電機(jī)

三相無(wú)刷電機(jī)可以通過(guò)簡(jiǎn)單的“六步”模塊換向進(jìn)行控制，即以旋轉(zhuǎn)的、相移的順序?qū)⒛芰渴┘拥饺嘀械膬蓚€(gè)。或者，它還可以采用更復(fù)雜的正弦波或磁場(chǎng)定向控制方式，按照允許精確控制電機(jī)位置的曲線將能量逐漸施加到每個(gè)相上。為了促進(jìn)這種精確控制，三相無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)必須集成三個(gè)半橋（六個(gè)MOSFET）和用于每相單獨(dú)電流采樣的反饋放大器，用來(lái)控制設(shè)備準(zhǔn)確地監(jiān)控每相的電流。

圖 2：三相無(wú)刷電機(jī)

MPS最新款三相無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)級(jí)產(chǎn)品系列MP6540 和 MP6540A ，可以提供業(yè)界領(lǐng)先的功率密度，采用5mmx5mm小型QFN封裝，該系列產(chǎn)品的工作電壓范圍為5.5V至35V，每相可提供高達(dá)3A的連續(xù)電流，峰值電流可達(dá)10A（PCB 面積適中，散熱條件良好）。 該系列電機(jī)驅(qū)動(dòng)器集成了三個(gè)功率級(jí)半橋，由6個(gè)50mΩN-溝道功率MOSFET組成，同時(shí)還集成了預(yù)驅(qū)動(dòng)器，柵極驅(qū)動(dòng)電源和電流采樣放大器。 其內(nèi)部充電泵可為高側(cè) MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)供電，通過(guò)采用涓流充電電路來(lái)維持足夠的柵極驅(qū)動(dòng)電壓，能在100%占空比下工作。該系列產(chǎn)品具有2種輸入方式：MP6540每相具有獨(dú)立的PWM和EN輸入，MP6540A每相具有獨(dú)立的高端和低端輸入。

內(nèi)部功率MOSFET柵極預(yù)驅(qū)動(dòng)具有自動(dòng)死區(qū)時(shí)間控制功能，可以防止在切相時(shí)出現(xiàn)直通 ，同時(shí)自動(dòng)同步整流功能可以消除續(xù)流電流，以實(shí)現(xiàn)最大效率。其內(nèi)部安全功能包括過(guò)溫關(guān)斷，欠壓鎖定和過(guò)流保護(hù)（見(jiàn)圖3）。

圖 3：MP6540/MP6540A 無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器功能框圖

MP6540 和 MP6540A 均采用單片設(shè)計(jì)，利用MPS專有的芯片倒裝工藝，可以直接通過(guò)封裝引線框架來(lái)散熱。圖中長(zhǎng)條形的焊盤通過(guò)銅柱直接連接到內(nèi)部高端和低端MOSFET，最大限度地降低了PCB鋪銅的熱阻。焊盤上接入PCB電源和接地層的小通孔，能夠進(jìn)一步改善電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的散熱 （見(jiàn)圖4和圖5）。

圖 4：封裝截面圖，晶圓與引線框架通過(guò)銅柱直接相連

圖 5：FC-QFN 封裝正反面

圖6 顯示了一個(gè)2層PCB示例，該示例實(shí)物為厚度為1.6mm的5cmx5cm FR4電路板（1盎司銅）。

圖 6：PCB 頂層

MP6540驅(qū)動(dòng)4A 直流無(wú)刷電機(jī)時(shí)獲得的熱像圖（見(jiàn)圖7）。 此示例使用2層板4cmx4cm PCB（采用標(biāo)準(zhǔn)1盎司銅和1.6mm厚FR-4 PCB材料）。

圖 7：熱像圖

MP6540 和 MP6540A 外形小巧，非常適用于緊湊型無(wú)刷電機(jī)應(yīng)用，可支持多種控制方案，易于使用（產(chǎn)品已在-40至+ 125°C工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)溫度范圍內(nèi)測(cè)試完成）。

編輯：hfy