集成式高功率密度電機(jī)驅(qū)動器減小系統(tǒng)尺寸

有刷直流電機(jī)控制簡單、成本低廉且功能多樣，非常適合需要集成式大功率可靠電機(jī)驅(qū)動器的汽車負(fù)載，比如車窗升降器、天窗控制、門鎖、鎖存器和發(fā)動機(jī)閥門。

如果您正在設(shè)計汽車系統(tǒng)，可能會同時面臨器件級和系統(tǒng)級挑戰(zhàn)，包括尺寸限制、故障條件，以及設(shè)計重復(fù)使用以縮短開發(fā)時間的需求。因此，本文將詳細(xì)分析這些挑戰(zhàn)并提供相應(yīng)解決方法。

采用完全集成式高功率密度電機(jī)驅(qū)動器減小系統(tǒng)尺寸

設(shè)計成本優(yōu)化型汽車系統(tǒng)時，需著重考慮減小系統(tǒng)尺寸和節(jié)省布板空間。減小封裝尺寸并將功能集成至有刷直流驅(qū)動器，可減少外部元件數(shù)量，從而節(jié)省布板空間并降低成本。

設(shè)計小型系統(tǒng)時，應(yīng)考慮以下改進(jìn)方法：

小型封裝尺寸 — 對于高功率密度解決方案，請使用具有高電流能力的小型封裝尺寸。DRV8243-Q1 系列推出了汽車類 HotRod 四方扁平無引線封裝，尺寸下限為 3 mm x 4.5 mm ，是同類產(chǎn)品中用于有刷直流驅(qū)動器的超小封裝之一。

集成電流檢測 — 采用內(nèi)部電流調(diào)節(jié)和電流反饋引腳，無需外部電流檢測電阻器，從而節(jié)省布板空間并降低成本。

集成式場效應(yīng)晶體管 （FET） 解決方案 — DRV8243-Q1 系列可驅(qū)動高達(dá) 32A 的 H 橋峰值電流和 46A 半橋峰值電流。采用支持中高電流的集成式解決方案，無需使用柵極驅(qū)動器和外部 FET，可節(jié)省布板空間并降低成本。電流能力取決于印刷電路板設(shè)計和環(huán)境熱條件，因此，請務(wù)必查看我們的瞬態(tài)熱計算器，了解您的系統(tǒng)所能驅(qū)動的電流值。

使用更小的封裝（如圖 1 所示）并盡量減少外部元件數(shù)量，可減小電路板尺寸并降低物料清單成本。

圖 1：DRV8245-Q1 器件系列尺寸比較

可靠解決方案的保護(hù)和診斷功能

從電動后備箱門到燃?xì)獍l(fā)動機(jī)閥門的各種應(yīng)用中，電機(jī)驅(qū)動器都扮演著重要角色。因此，設(shè)計出能夠檢測并防止各種故障情況的可靠解決方案十分必要。

DRV8243-Q1 器件系列是首批在電機(jī)驅(qū)動器處于開啟和關(guān)閉狀態(tài)時都能提供開路負(fù)載檢測和短路保護(hù)的器件。圖 2 所示為器件離線保護(hù)功能如何使用連接到 H 橋的無源電阻器網(wǎng)絡(luò)在啟用 FET 之前檢測系統(tǒng)問題。即使 H 橋處于關(guān)閉狀態(tài)，該功能也有助于避免電機(jī)驅(qū)動器發(fā)生損壞或出現(xiàn)異常行為。

圖 2：DRV8243-Q1 的關(guān)閉狀態(tài)診斷

離線診斷有利于保護(hù)電機(jī)驅(qū)動器免受系統(tǒng)其他部位所發(fā)生故障的影響，避免整體磨損。如需了解更多關(guān)于 TI 離線保護(hù)功能如何保護(hù)汽車系統(tǒng)的信息，請參閱應(yīng)用手冊“電機(jī)驅(qū)動器中的開路負(fù)載檢測”。

串行外設(shè)接口選項提供詳細(xì)診斷，旨在確認(rèn)故障的類型及發(fā)生位置，通過提供電機(jī)驅(qū)動器故障的問題根源，可節(jié)省設(shè)計人員解決問題的時間。

采用可擴(kuò)展驅(qū)動器優(yōu)化設(shè)計

電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動汽車中的各種負(fù)載，比如繼電器、電磁閥和電機(jī)。有時，這些負(fù)載全部匯集于同一應(yīng)用，比如車門模塊或車身控制模塊。

DRV8243-Q1 系列的 H 橋和半橋驅(qū)動器支持設(shè)計重復(fù)使用，可在汽車系統(tǒng)中擴(kuò)展不同負(fù)載。該器件系列具有相似的固件、功能和封裝引腳排列，支持在各種負(fù)載和電流范圍內(nèi)重復(fù)使用，有助于縮短設(shè)計時間。用于獨(dú)立模式時，H 橋驅(qū)動器可驅(qū)動兩個單向有刷直流電機(jī)、電磁閥或繼電器，無需兩個獨(dú)立半橋驅(qū)動器；如圖 3 所示。

圖 3：采用 DRV8243-Q1 系列型號實現(xiàn)跨多種負(fù)載擴(kuò)展

除具有相似固件外，DRV8243-Q1 和 DRV8244-Q1 引線式封裝還為引腳對引腳兼容，因此，在按比例調(diào)高或調(diào)低功率級別時更容易插入和更換這些器件。

設(shè)計汽車解決方案時，解決方案尺寸、保護(hù)性能和設(shè)計重復(fù)使用是需要考慮的關(guān)鍵因素。如果對本文中的相關(guān)內(nèi)容有任何疑問，歡迎您在 TI E2E 電機(jī)驅(qū)動器論壇中提出。

原文標(biāo)題：技術(shù)文章｜集成式有刷直流解決方案如何減小汽車電機(jī)尺寸、增強(qiáng)保護(hù)并簡化設(shè)計

文章出處：【微信公眾號：德州儀器】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。