必易微一站式BLDC散熱電機驅(qū)動及控制芯片解決方案

BLDC 散熱電機由于具有高效率、高可靠性以及低噪音等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于智能家電、安防監(jiān)控、工業(yè)新能源、數(shù)據(jù)中心、汽車電子等領(lǐng)域。

必易微作為整體芯片解決方案供應(yīng)商，針對上述應(yīng)用領(lǐng)域，可為客戶提供更高效、可靠和環(huán)保的一站式 BLDC 散熱電機驅(qū)動及控制芯片解決方案。

圖 1. 單相 BLDC 散熱電機解決方案

圖 2. 三相 BLDC 散熱電機解決方案

個人電子

電子口罩、個人護(hù)理以及筆記本電腦等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)w積要求嚴(yán)苛，要求 BLDC 散熱電機驅(qū)動控制芯片體積小，外圍元件少；此外電池供電場景還要求驅(qū)動控制芯片可達(dá)到高效和低噪聲。因此針對上述特殊應(yīng)用場景，必易微推出了低壓三相 BLDC 散熱電機解決方案 KP93101。

方案 1

KP93101

KP93101 是一款三相無感電機驅(qū)動芯片，通過 PWM 輸入模式控制散熱電機旋轉(zhuǎn)速度。芯片采用三相無感方式偵測電機位置，精簡整個外圍線路；內(nèi)置智能軟切控制模式大幅降低電機運轉(zhuǎn)噪聲和功耗。

此外芯片還集成了三相無感算法、Soft Switch、Current Limit、Lock and Restart、PWM 調(diào)速、FG 輸出、正反轉(zhuǎn)選擇及 TSD 保護(hù)等功能。

主要特點

? PWM 直接輸入控速

? 3-Phase Sensorless 驅(qū)動

? STB 省電模式

?UVLO 保護(hù)

? 內(nèi)置 TSD 保護(hù)

? 鎖定保護(hù)與自動重啟

? 符合 RoHS 規(guī)范及無鉛，無鹵

? 封裝類型 DFN3×3-10

圖 3. KP93101 典型應(yīng)用電路

KP93101 采用同步啟動技術(shù)帶動電機旋轉(zhuǎn)。通過檢測 BEMF 過零電壓，切換功率管狀態(tài)，改變線圈的相位，使散熱電機運轉(zhuǎn)。

啟動時，如果長時間未檢測到 BEMF 過零，同步啟動驅(qū)動技術(shù)將會強制改變功率管驅(qū)動狀態(tài)，帶動散熱電機啟動。同步啟動模式的頻率可通過外部 EXOSC PIN 接不同的電容值調(diào)節(jié)。同步啟動原理如下圖所示。

圖 4. 同步啟動邏輯圖

BEMF 電壓檢測是通過偵測三相 U，V，W 的反向電動勢過零點來確定電機轉(zhuǎn)子位置信息。U，V，W 輸出電壓及電流時序如下圖所示。

圖 5. 輸出驅(qū)動邏輯時序圖

家用儲能、個人電腦、工作站、

顯卡及其它 IT 設(shè)備等

家用儲能、個人電腦、工作站、顯卡及其它 IT 設(shè)備等運行時若溫度過高，會導(dǎo)致電子元器件壽命和可靠性下降，因此為了保證設(shè)備穩(wěn)定性和使用壽命，必須進(jìn)行散熱設(shè)計，所以必易微針對上述領(lǐng)域和痛點，推出了 KPE90772B 和 KP90873X 兩個系列單相 BLDC 散熱電機驅(qū)動芯片。

方案 1

KPE90772B

KPE90772B 是一款單相直流無刷電機驅(qū)動芯片，通過 PWM 直接輸入模式高效控制直流無刷散熱電機運轉(zhuǎn)。芯片內(nèi)部集成了最低轉(zhuǎn)速設(shè)定或停轉(zhuǎn)設(shè)定功能，并具有轉(zhuǎn)速斜率設(shè)定、軟啟動、鎖定保護(hù)、自動重啟、散熱電機轉(zhuǎn)速偵測輸出、過熱保護(hù)、過電流保護(hù)和噪聲抑制等功能。

軟啟動功能可以有效抑制電機啟動瞬間的尖峰電流；轉(zhuǎn)速斜率設(shè)定可調(diào)整散熱電機調(diào)速曲線；噪聲抑制模式優(yōu)化散熱電機噪聲性能，實現(xiàn)散熱電機低噪聲、低抖動運行；芯片具有鎖定保護(hù)和自動重啟功能，過熱保護(hù)功能，同時還具有轉(zhuǎn)速反饋 FO 輸出。

主要特點

?調(diào)速曲線斜率可調(diào)

?應(yīng)用線路精簡

? 軟啟動時間外部可調(diào)

? 寬工作電壓 3V~18V

? PWM 直接輸入控速

? 內(nèi)置霍爾偏置

? 鎖定保護(hù)與自動重啟

? 轉(zhuǎn)速反饋 FO 輸出

? 停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速外部設(shè)置

? 最低轉(zhuǎn)速外部設(shè)置

? 內(nèi)置過沖保護(hù)電路

? 內(nèi)置過流保護(hù)電路

? 內(nèi)置過壓保護(hù)電路

圖 6. KPE90772B 典型應(yīng)用電路

軟啟動設(shè)置

當(dāng)芯片電源上電后，前 4 個 FO 周期，固定以 35% 的占空比驅(qū)動，之后再逐次逼近設(shè)定占空比，所需軟啟動時間通過引腳 SST 外接不同的電容 CSST 到地設(shè)置，電容 CSST 值越大，軟啟動時間會越久，軟啟動功能時序如圖 7 所示。

圖 7. 軟啟動時序圖

最低轉(zhuǎn)速設(shè)置

當(dāng)引腳 SSW 接 10kΩ 的電阻 RSSW 到地時，KPE90772B 系列芯片具有最低轉(zhuǎn)速設(shè)置功能；通過引腳 SR 外接不同的電阻 RSR 到地設(shè)置散熱電機不同的最低轉(zhuǎn)速，電阻 RSR 值越大，最低轉(zhuǎn)速占空比設(shè)定值會越??；電阻 RSR 的取值范圍建議為 7kΩ~23kΩ，若引腳 SR 浮空或電阻值大于 23kΩ，則沒有最低轉(zhuǎn)速功能。

最低轉(zhuǎn)速功能示意如圖 8 所示，當(dāng)輸入 PWM 占空比小于一定值后，散熱電機轉(zhuǎn)速保持不變。

圖 8. 最低轉(zhuǎn)速與斜率設(shè)置

停止轉(zhuǎn)速設(shè)置

當(dāng)引腳 SSW 接 33kΩ 的電阻 RSSW 到地時，KPE90772B 系列芯片具有停止轉(zhuǎn)速設(shè)置功能；通過引腳 SR 外接不同的電阻 RSR 到地設(shè)置散熱電機不同的停止轉(zhuǎn)速，電阻 RSR 值越大，停止轉(zhuǎn)速設(shè)定值會越??；電阻 RSR 的取值范圍建議為 22kΩ~76kΩ，若引腳 SR 浮空或電阻值大于 76kΩ，則沒有停止轉(zhuǎn)速功能。

停止轉(zhuǎn)速功能示意如圖 9 所示，當(dāng)輸入 PWM 占空比小于一定值后，散熱電機停止轉(zhuǎn)動。

圖 9. 停止轉(zhuǎn)速與斜率設(shè)置

方案 2

KP90873X

KP90873X 系列是集成高靈敏度霍爾效應(yīng)傳感器的單相閉環(huán)直流無刷電機驅(qū)動芯片，內(nèi)置反向耐壓保護(hù)電路。將超寬的 PWM 輸入頻率(0.1kHz ~100kHz) 內(nèi)部轉(zhuǎn)化成 30kHz 頻率的驅(qū)動信號，避免產(chǎn)生音頻噪聲。

KP90873X 系列既可以用于最低轉(zhuǎn)速設(shè)定，也可以用于停轉(zhuǎn)功能設(shè)定。此外芯片還具有轉(zhuǎn)速斜率設(shè)定、軟啟動、鎖定保護(hù)、自動重啟、散熱電機轉(zhuǎn)速輸出、轉(zhuǎn)動狀態(tài)輸出、過熱保護(hù)、過電流保護(hù)和噪聲抑制等功能。

主要特點

?高耐壓應(yīng)用

?精確轉(zhuǎn)速反饋控制

? 轉(zhuǎn)速斜率外部設(shè)置

? 最低轉(zhuǎn)速/停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速外部設(shè)置

? 內(nèi)置反向耐壓保護(hù)

? FO/AL 引腳短路保護(hù)

? 軟啟動抑制峰值電流功能

圖 10. KP90873X 典型應(yīng)用電路

轉(zhuǎn)速反饋控制

KP90873X 系列采用獨創(chuàng)轉(zhuǎn)速反饋控制算法，忽略外接電容 CCCL 和電阻 RRCL 的變化 (CCCL 為引腳 CCL 到地的電容，RRCL 為引腳 RCL 對地的電阻)，實際輸出轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速之間偏差控制在 ±5% 以內(nèi)。

若斷開 RRCL 電阻時，在實測散熱電機開環(huán)條件下，輸入占空比 100% 時可達(dá)最高轉(zhuǎn)速記為 FMAX100，若設(shè)定閉環(huán)最高轉(zhuǎn)速 FMAX 滿足 FMAX≤0.9×FMAX100 條件，則根據(jù)公式 FMAX=1/(K×RRCL×CCCL) 設(shè)定 RRCL 和 CCCL 的值，從而實現(xiàn)散熱電機閉環(huán)控制，在輸入占空比 100% 時達(dá)到最高轉(zhuǎn)速為 FMAX。

圖 11. 反饋控制轉(zhuǎn)速精度示意圖

轉(zhuǎn)速斜率設(shè)置

設(shè) KSLP=RHL/(RHL+RTHL)，當(dāng) 8%≤KSLP≤ 90% 且 RHL+RTHL≥100kΩ 時，KP90873X 系列芯片具有轉(zhuǎn)速斜率設(shè)置功能，通過設(shè)置不同的 KSLP 比值，設(shè)置散熱電機不同的轉(zhuǎn)速斜率，KSLP 比值越小，轉(zhuǎn)速斜率設(shè)定值會越大。若無 RTHL 電阻，則要求引腳 SLP 接不小于 10kΩ 的電阻 RHL 到地，此時轉(zhuǎn)速斜率為 1。轉(zhuǎn)速斜率設(shè)置功能示意如圖 12 所示。

圖 12. 轉(zhuǎn)速斜率與最低轉(zhuǎn)組合

智能家電

隨著 BLDC 電機的飛速發(fā)展，很多家電場景也開始采用 BLDC 電機進(jìn)行驅(qū)動控制，因此針對無葉落地扇、臺式扇、空氣凈化器及掃地機器人吸塵散熱電機等場景。必易微推出一款大功率、兼容 One 霍爾和無感控制的三相 SVPWM 電機驅(qū)動控制方案 KP93103。

方案 1

KP93103

KP93103 是一款三相電機驅(qū)動芯片，通過 PWM 或 DC 方式調(diào)控散熱電機轉(zhuǎn)速。內(nèi)置無感控制算法，通過算法使驅(qū)動電流接近 180° 類正弦，同時該芯片還能兼容 One 霍爾的控制方式，進(jìn)一步降低電機運轉(zhuǎn)的噪聲，提高抗干擾能力。

主要特點

?超低噪聲

?寬工作電壓 3.0V~40V

? 無需定位傳感器且兼容 One Hall 工作

? 相位超前滯后外部可設(shè)

? 類正弦電流驅(qū)動控制

? 調(diào)速曲線更豐富且無需燒錄

? 單顆兼容最低轉(zhuǎn)速及停轉(zhuǎn)設(shè)定

圖 13. KP93103 典型應(yīng)用電路

方案 2

KP90870

此外針對追求性價比的單相散熱電機應(yīng)用場景，比如電磁爐、加濕器等小家電市場，必易微推出一款極具性價比的單相 BLDC 散熱電機驅(qū)動控制解決方案 KP90870。

KP90870 是 24V 內(nèi)置霍爾效應(yīng)檢測傳感器的單相 BLDC 散熱電機驅(qū)動控制芯片。內(nèi)置了電源反接保護(hù)、過溫保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)以及防反電動勢過沖保護(hù)等多種保護(hù)功能，使得系統(tǒng)運行安全穩(wěn)定；通過內(nèi)置的高靈敏度的霍爾傳感器，定位更精準(zhǔn)，抗干擾能力更強；內(nèi)置的電源反接保護(hù)功能，可使得系統(tǒng)外圍元件更少，有效降低成本。

主要特點

?集成電源反接保護(hù)

?低導(dǎo)通電阻，2.2Ω (HS+LS)

? 溫度穩(wěn)定性好

? 內(nèi)置堵轉(zhuǎn)保護(hù)

? 內(nèi)置過溫保護(hù)

? 符合 RoHS 規(guī)范及無鉛，無鹵

? 封裝類型 TO-94

圖 14. KP90870 典型應(yīng)用電路

圖 15. KP90870 內(nèi)部功能框圖

工業(yè)控制、服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心、

工業(yè)儲能、充電樁等

在一些工業(yè)控制、服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)儲能、充電樁等應(yīng)用領(lǐng)域，散熱是必不可少的，而且該應(yīng)用場景要求散熱電機排風(fēng)量大、風(fēng)壓強、排風(fēng)速度快，才能更好、更快帶走熱量。針對上述應(yīng)用領(lǐng)域和場景，必易微推出單相 BLDC 散熱電機預(yù)驅(qū)控制芯片 KPE90611。

方案 1

KPE90611

KPE90611 是一款單相全波無刷直流散熱電機前級驅(qū)動芯片，把超寬的 PWM 輸入頻率 (0.1kHz~100kHz) 內(nèi)部轉(zhuǎn)化成 30kHz 頻率的驅(qū)動信號，避免產(chǎn)生音頻噪聲。

KPE90611 可以用于最低轉(zhuǎn)速設(shè)定，也可以用于停轉(zhuǎn)功能設(shè)定。此外芯片還具有轉(zhuǎn)速斜率設(shè)定、軟啟動、鎖定保護(hù)、自動重啟、轉(zhuǎn)速輸出、轉(zhuǎn)動狀態(tài)輸出、過熱保護(hù)、過電流保護(hù)和噪聲抑制等功能，非常適合各種高壓、大電流的應(yīng)用環(huán)境。

圖 16. KPE90611 典型應(yīng)用電路

堵轉(zhuǎn)保護(hù)及自動重啟功能

KPE90611 芯片內(nèi)置堵轉(zhuǎn)保護(hù)及自動重啟功能，防止散熱電機堵轉(zhuǎn)時大電流燒毀，當(dāng)檢測到散熱電機在 TON (典型 0.6 秒) 時間內(nèi)沒有換相時，會關(guān)斷輸出 TOFF (典型 6 秒) 時間，再嘗試驅(qū)動 TON 時間，以此循環(huán)，直到解除堵轉(zhuǎn)后，再正常驅(qū)動散熱電機。堵轉(zhuǎn)保護(hù)及自動重啟功能時序如圖 17 所示。

圖 17. 堵轉(zhuǎn)保護(hù)及自動重啟時序圖

表 1. BLDC 散熱電機方案選型表

樣品及資料獲取

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審核編輯：湯梓紅