知名廠商的創(chuàng)新電機驅(qū)動方案

作為將電能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置，電機種類豐富、用途廣泛，在工業(yè)、汽車、農(nóng)業(yè)、辦公、家電等場景中隨處可見。以新能源汽車電控系統(tǒng)中采用的電機為例，便會涉及到直流電機、交流異步電機、永磁同步電機和開關(guān)磁阻電機四大類。

自1831年英國物理學(xué)家、化學(xué)家法拉第發(fā)明真正意義上的第一臺電機，至今已有近200年的歷史，電機行業(yè)的重心也由直流有刷電機和交流異步電機轉(zhuǎn)移到永磁同步電機和直流無刷電機。憑借高效、高功率因數(shù)、高可靠性、溫升低、體積小等諸多優(yōu)點，永磁同步電機在諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，包括航空航天、石油冶金、工農(nóng)業(yè)和醫(yī)療器械等領(lǐng)域;直流無刷電機則具有效率高、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等突出優(yōu)勢，在家用電器、辦公設(shè)備、工業(yè)設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域形成規(guī)模應(yīng)用，并具有很大的市場潛力等待大家深入挖掘。

技術(shù)的進(jìn)步推動市場向前高速發(fā)展，根據(jù)市場研究機構(gòu)Grand View Research的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年全球電機市場銷售規(guī)模已經(jīng)達(dá)到1505億美元，從2020年至2027年全球電機市場銷售規(guī)模有望以6.4%的年復(fù)合增長率繼續(xù)攀升，到2027年達(dá)到2325億美元。

對于電機應(yīng)用而言，除了需要挑選適合的電機類型，驅(qū)動控制電路同樣很重要，一般由主處理器、增量型編碼器和驅(qū)動芯片組成，是電機提升能效的關(guān)鍵所在，技術(shù)和產(chǎn)品的先進(jìn)程度與節(jié)能減排水平直接掛鉤。因此，如果能找到一款合適的電機驅(qū)動芯片，便能夠在開發(fā)效率、系統(tǒng)能效、集成度和可靠性等多方面助力電機方案的設(shè)計。

話不多說，我們來看看貿(mào)澤電子為電機開發(fā)人員精心準(zhǔn)備的大禮包——八款主流電機驅(qū)動芯片大盤點，這些來自知名廠商的創(chuàng)新電機驅(qū)動方案，不僅類型豐富且各具優(yōu)勢，是設(shè)計電機相關(guān)應(yīng)用的優(yōu)中之選。

Toshiba電機驅(qū)動器

TB9058FNG是符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的汽車直流伺服電機驅(qū)動器，能夠測量當(dāng)前電機位置，控制電機旋轉(zhuǎn)，并確保旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置。

圖3是該驅(qū)動器的內(nèi)部框圖，該驅(qū)動器基于本地互連網(wǎng)(LIN)1.3協(xié)議規(guī)范，能夠以19200bps / 9600bps / 4800bps / 2400bps通訊速率與LIN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，最多可連接16個設(shè)備作為單個總線上的從設(shè)備。

圖3：TB9058FNG內(nèi)部框圖

(圖源：Toshiba)

TB9058FNG的工作電源電壓范圍為7V至18V，待機電流消耗≤10μA，當(dāng)器件喚醒前，考慮到振蕩穩(wěn)定所需的時間，預(yù)計將至少需要等待10ms才能開始接收數(shù)據(jù)。

該驅(qū)動器擁有出色的保護功能，包括增強的校驗功能，±1.5A驅(qū)動器短路保護，以及過溫過壓保護電路等。

NXP電源IC和驅(qū)動器

MC33HB2000AES是SMARTMOS單片半橋IC，是采用ISO 26262流程設(shè)計的H橋電機驅(qū)動器，符合AEC-Q100 1級標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足嚴(yán)格要求的汽車應(yīng)用需求，包括電子節(jié)氣門控制，廢氣再循環(huán)(EGR)控制，渦輪、漩渦和旋轉(zhuǎn)以及廢物擋板控制，電動泵、電機控制和配件。

MC33HB2000AES工作電壓范圍為5V至28V，能夠控制峰值電流大于10A的電感負(fù)載，標(biāo)稱連續(xù)平均負(fù)載電流為3A，通過誤差小于5%的電流鏡輸出信號提供高精度的實時電流反饋。

圖5是這款電源IC的功能框圖。此驅(qū)動器提供了通過由低RDS(on) N溝道MOSFET和集成控制電路組成的單片H橋，高效驅(qū)動直流電機正向和反向軸旋轉(zhuǎn)的方法。H橋的開關(guān)動作可以進(jìn)行脈寬調(diào)制以獲得扭矩和速度控制，從0.25V/μs到16V/μs分八步選擇，讓用戶可以靈活地滿足EMI要求并最大限度地減少開關(guān)損耗。輸出包括配置為標(biāo)準(zhǔn)H橋的四個功率MOSFET，由IN1和IN2輸入控制。

圖5：MC33HB2000AES功能框圖

(圖源：NXP)

MC33HB2000AES提供多項安全和保護功能，包括電荷泵欠壓、過壓和VPWR欠壓，接地短路和VPWR短路(每路輸出)，開路負(fù)載、溫度警告和過熱關(guān)斷。同時，該電源IC具有很好的可擴展性，SPI可編程電流限制和壓擺率允許為各種電機尺寸使用相同的電機驅(qū)動器。

Maxim電機驅(qū)動器

MAX22203是一款65V、3.8A雙通道有刷或單通道步進(jìn)電機驅(qū)動器，可用于驅(qū)動兩個有刷直流電機或單個步進(jìn)電機。該器件內(nèi)設(shè)有兩個H橋，最大工作電壓為65V。每個H橋均可單獨控制，具有0.3Ω的極低典型RON(高側(cè)+低側(cè))，從而實現(xiàn)高驅(qū)動效率，降低發(fā)熱量。

該器件的一大亮點是橋式輸出電流由非耗散型電流檢測電路(ICs)進(jìn)行檢測，與可配置閾值電流(ITRIP)相比，無需通常需要的外部功率電阻器。通過將外部電阻器連接到REFA和REFB引腳，ITRIP閾值可獨立設(shè)置為兩個全橋。

諸多保護特性是MAX22203的另一大亮點，包括過流保護(OCP)、熱關(guān)斷(TSD)和欠壓閉鎖(UVLO)。每當(dāng)檢測到故障狀態(tài)時，便激活開漏低電平有效nFAULT引腳。在熱關(guān)斷和欠壓閉鎖期間，驅(qū)動器處于三態(tài)，直至恢復(fù)正常工作。

此外，MAX22203集成電流驅(qū)動調(diào)節(jié)(CDR)，電流檢測外部控制器可出于各種原因使用CDR引腳，如下圖7展示了當(dāng)電機向前旋轉(zhuǎn)且DIN2保持在高電平(情況A)或DIN2切換時(情況B和C)，CDR功能的具體行為。比如，引腳占空比可用于檢測停頓條件。

圖7：MAX22203的CDR行為

(圖源：ADI)

MAX22203可用于有刷直流電機驅(qū)動器、步進(jìn)電機驅(qū)動器、電磁驅(qū)動器、鎖存閥。

英飛凌智能功率模塊

IM818LCCXKMA1是一款全隔離雙列直插式CIPOS Maxi 1200V、15A三相智能電源模塊，采用DIP 36x23D封裝，為電機驅(qū)動應(yīng)用提供全功能的緊湊型逆變器解決方案，可用于控制變速驅(qū)動應(yīng)用中的三相交流電機和永磁電機，包括工業(yè)驅(qū)動、風(fēng)扇和泵、HVAC室外風(fēng)扇、有源濾波器等。

IM818LCCXKMA1基于1200V TRENCHSTOP IGBT技術(shù)打造，顯著提高了器件的靜態(tài)和動態(tài)性能。同時，這種IGBT技術(shù)與器件內(nèi)部的軟恢復(fù)發(fā)射極控制二極管一起降低了導(dǎo)通損耗，給系統(tǒng)效率帶來明顯提升。

CIPOS Maxi IPM設(shè)計讓IM818LCCXKMA1堪稱高性能和高性價比之選，集成了各種電源和控制組件，以提高可靠性、優(yōu)化PCB尺寸和系統(tǒng)成本。當(dāng)工程師朋友的設(shè)計方案格外重視功率密度時，IM818LCCXKMA1無疑是理想的選擇，CIPOS Maxi IPM設(shè)計實現(xiàn)了1200V IPM級別的超小封裝，能夠在模塊和系統(tǒng)方面提升功率密度，在尺寸和性能方面都不妥協(xié)。

IM818LCCXKMA1提供出色的保護能力，包括過流關(guān)斷、相電流監(jiān)控、溫度監(jiān)控和欠壓閉鎖功能等，再結(jié)合DCB基板出色的熱性能，特別適合用于需要良好散熱性能和電氣隔離、較強EMI控制能力以及過載保護的電源應(yīng)用。在此重點解讀一下過流關(guān)斷和欠壓閉鎖功能。

IM818LCCXKMA1具有SCSOA(短路安全工作區(qū))性能，如圖9所示，如短路時間小于16.0μs，IGBT就有安全關(guān)斷的能力。在這種情況下，IGBT可以在17.5V的控制電源電壓下關(guān)閉峰值約為46.8A的SC電流(非重復(fù))。

圖9：IM818LCCXKMA1的SCSOA性能

(圖源：英飛凌)

IM818LCCXKMA1通過掩埋氧化硅層提供堅固型1200V SOI柵極驅(qū)動器技術(shù)，并可以防止相鄰器件之間的泄漏或閉鎖電流，防止閂鎖效應(yīng)，從而提高魯棒性。這種適用于6個開關(guān)的保護技術(shù)能夠在欠壓鎖定或過壓等故障情況下關(guān)閉所有6個開關(guān)。

此外，如圖10所示，IM818LCCXKMA1集成IGBT、二極管、柵極驅(qū)動器IC和熱敏電阻，并通過超緊湊的占地面積，適用于空間受限的工業(yè)應(yīng)用。

圖10：IM818LCCXKMA1的PCB特征

(圖源：英飛凌)

安森美 (onsemi) 隔離式IGBT柵極驅(qū)動器

NCD57084是一款高電流單通道IGBT柵極驅(qū)動器，具有2.5kVrms內(nèi)部電流隔離，專為高功率應(yīng)用中的高系統(tǒng)效率和可靠性而設(shè)計。該驅(qū)動器在窄體SOIC8封裝中包括具有軟關(guān)斷和故障報告功能的電流檢測功能。

NCD57084具有低輸出阻抗，用于增強型IGBT驅(qū)動，提供3.3V至20.0V寬輸入偏置電壓范圍和信號電平，以及高達(dá)30.0V寬輸出偏置電壓范圍，支持+7A/-7A高峰值輸出電流。通過圖12能夠看出，該器件傳播延遲時間短，可以做到精準(zhǔn)匹配。UVLO閾值小，能夠?qū)崿F(xiàn)偏置靈活性。

圖12：NCD57084傳播延遲、上升和下降時間

(圖源：安森美)

NCD57084設(shè)計用于在大功率應(yīng)用中實現(xiàn)高系統(tǒng)效率和可靠性，擁有多項保護機制，包括短路期間的IGBT柵極鉗位、IGBT過流時軟關(guān)閉、2.5kVrms電流隔離、高瞬態(tài)抗擾度、高電磁抗擾度等，可用于電機控制、不間斷電源(UPS)、工業(yè)電源、暖通空調(diào)、工業(yè)用泵和風(fēng)扇等領(lǐng)域。

Microchip電機控制MCU

PIC32CM1216MC00048-I/U5B是一款基于Arm Cortex-M0+內(nèi)核打造的電機控制微控制器(MCU)，運行頻率高達(dá)48MHz，具有單周期硬件乘法器和MPU，提供128KB閃存、16KB SRAM主內(nèi)存和4KB閃存(用于數(shù)據(jù)閃存)。

圖14是該MCU的功率域概覽，提供48MHz至96MHz小數(shù)數(shù)字鎖相環(huán)(FDPLL)、上電復(fù)位(POR)和掉電檢測(BOD)等功能。此外，還搭載包括一個16位Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SDADC)、兩個12位1Msps模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、一個10位350ksps數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)以及兩個模擬比較器(AC)等高級模塊。

圖14：PIC32CM1216MC00048-I/U5B功率域概覽

(圖源：Microchip)

在電機控制方面，該MCU提供兩個24位定時器/計數(shù)器和一個16位定時器/計數(shù)器(TCC)，擴展功能包括：

多達(dá)4個比較通道，帶可選互補輸出;

在端口引腳上生成同步脈寬調(diào)制(PWM)模式;

確定性故障保護、快速衰減和互補輸出之間可配置的死區(qū)時間;

可以提高分辨率(高達(dá)5位)并減少量化誤差的抖動;

多達(dá)8個波形輸出通道。

TI三相柵極驅(qū)動器

DRV8300NIPWR是100V三相半橋柵極驅(qū)動器，每個半橋柵極驅(qū)動器均可驅(qū)動高側(cè)和低側(cè)N通道功率MOSFET，使用集成式自舉二極管和外部電容器為高側(cè)MOSFET生成正確的柵極驅(qū)動電壓。應(yīng)用領(lǐng)域包括電動自行車，電動踏板車和電動交通，風(fēng)扇、泵和伺服驅(qū)動器，無刷直流(BLDC)電機模塊和PMSM，無繩真空吸塵器，以及無人機、機器人和RC玩具等。

在如圖16所示的DRV8300NIPWR簡化原理圖中，GVDD用于為低側(cè)MOSFET生成柵極驅(qū)動電壓，柵極驅(qū)動架構(gòu)支持峰值高達(dá)750mA的拉電流和1.5A的灌電流;支持反相和同相INLx輸入;相位引腳SHx能夠承受最高-22V的負(fù)瞬態(tài)電壓;BSTx和GHx能夠支持更高的正電壓瞬變(115V)絕對最大電壓，從而提高系統(tǒng)的魯棒性;通過GVDD和BST欠壓鎖定為低側(cè)和高側(cè)提供欠壓保護;通過DT引腳可調(diào)死區(qū)時間，用于QFN封裝型號。

圖16：DRV8300NIPWR簡化原理圖

(圖源：TI)

此外，DRV8300NIPWR較小傳播延遲和延遲匹配性能可大大降低死區(qū)時間要求，進(jìn)一步提高了效率。

STMicroelectronics電機控制器

STSPIN32G4是一款帶STM32G4 MCU的電機控制器，用于驅(qū)動三相無刷電機。該器件具有高度集成、靈活的產(chǎn)品特性，嵌入三個半橋柵極驅(qū)動器，電流能力為1A(拉電流和灌電流);嵌入三個自舉二極管;嵌入可編程降壓穩(wěn)壓器，具有嵌入式功率MOSFET，可從電機電源電壓VM開始為柵極驅(qū)動器生成電源電壓;自帶集成式MCU(STM32G431VBx3)，工作頻率高達(dá)170MHz;MCU內(nèi)部還集成高速存儲器(128kB閃存和32kB SRAM)，以及具有多種保護機制和多達(dá)40引腳可用GPIO。

因此，該器件可明顯減少PCB面積和總體物料清單。得益于嵌入式靈活電源管理功能，該器件可自供電，可以從電機電源電壓VM產(chǎn)生所需的所有電源，這是唯一從外部提供的電源。

自帶STM32G4 MCU是該電機控制器一大亮點，顯著降低了電機應(yīng)用的開發(fā)難度，并賦予方案智能化能力。這款MCU具有豐富、特定的功能，因此是高級電機控制應(yīng)用的主流選擇。同時，該處理器具有單精度浮點單元(FPU)、全套DSP(數(shù)字信號處理)指令和內(nèi)存保護單元(MPU)，支持運行性能非常卓越的電機控制算法，即使在極具挑戰(zhàn)性的運動控制應(yīng)用中，也能在合適控制選擇方面提供出色的靈活性。

在保護功能方面，STSPIN32G4得益于集成聯(lián)鎖功能，不能同時驅(qū)動相同半橋的高側(cè)和低側(cè)開關(guān)。另一個保護功能是硬件VDS監(jiān)控電路，可連續(xù)監(jiān)控六個外部MOSFET中的每一個。當(dāng)在其中一個上檢測到過壓時，它會關(guān)閉所有柵極驅(qū)動器輸出。過壓閾值通過專用的SCREF引腳設(shè)置。

出色的性能讓STSPIN32G4可以廣泛用于工業(yè)和家庭自動化，伺服驅(qū)動器和電動自行車，服務(wù)和自動化機器人，泵和風(fēng)扇，以及無人機和航模等豐富場景。

如果工程師朋友對這顆器件感興趣，也可以通過ST提供的EVSPIN32G4演示板進(jìn)行深入了解，貿(mào)澤電子上的制造商編號為EVSPIN32G4。

該演示板包括STSPIN32G4系統(tǒng)和STL110N10F7功率MOSFET。得益于集成的穩(wěn)壓器，柵極驅(qū)動器和控制邏輯電源均可從電機電源開始生成，無需專用電路，能夠便捷全面地了解STSPIN32G4這款MCU。

豐富的接口資源是EVSPIN32G4演示板的一大優(yōu)勢，擁有多達(dá)40個GPIO。同時，為了更好地適配算法，該板可配置為三分流或單分流結(jié)構(gòu)，支持無傳感器和基于傳感器的控制算法。

總結(jié)

上述八款電機驅(qū)動芯片可謂是各有所長，無論是面向產(chǎn)品迭代迅速的消費電子領(lǐng)域，還是使用條件極其復(fù)雜的工業(yè)領(lǐng)域，或者是對產(chǎn)品品質(zhì)要求更嚴(yán)苛的汽車領(lǐng)域，都能夠找到適合的方案，幫助快速打造具有市場競爭力的電機驅(qū)動方案。

關(guān)于貿(mào)澤電子

貿(mào)澤電子(Mouser Electronics)是一家全球授權(quán)半導(dǎo)體和電子元器件授權(quán)分銷商，服務(wù)全球廣大電子設(shè)計群體。貿(mào)澤電子原廠授權(quán)分銷近1,200家知名品牌，可訂購數(shù)百萬種在線產(chǎn)品，為客戶提供一站式采購平臺，歡迎關(guān)注我們，獲取第一手的設(shè)計與產(chǎn)業(yè)資訊信息!

原文標(biāo)題：八款主流電機驅(qū)動芯片大盤點

文章出處：【微信公眾號：貿(mào)澤電子】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

審核編輯：湯梓紅