大聯(lián)大世平集團(tuán)推出基于TI產(chǎn)品的有刷式直流電機(jī)參考設(shè)計(jì)

2018年3月13日，致力于亞太地區(qū)市場(chǎng)的領(lǐng)先半導(dǎo)體元器件分銷商---大聯(lián)大控股宣布，其旗下世平推出基于德州儀器（TI）產(chǎn)品的推出有刷式直流電機(jī)參考設(shè)計(jì)，由DRV8701柵極驅(qū)動(dòng)器、MSP430G2553IPW20超低功耗微控制器、CSD18540Q5B 60V N溝道MOSFET和LMT86DCKT精密CMOS溫度傳感器等器件組成。

有刷電機(jī)由于其低價(jià)和簡(jiǎn)單的控制方案，成為相對(duì)受歡迎的電機(jī)設(shè)計(jì)選項(xiàng)。有刷電機(jī)具有繞線轉(zhuǎn)子和永磁定子。電機(jī)的換向通過導(dǎo)電環(huán)實(shí)現(xiàn)：此導(dǎo)電環(huán)連接到轉(zhuǎn)子，而轉(zhuǎn)子使用刷子在換向器環(huán)上刮擦，從而實(shí)現(xiàn)換向。因此，流經(jīng)電機(jī)的電流方向可根據(jù)刷子方向和不同換向環(huán)而改變。利用H橋可對(duì)有刷直流電機(jī)迅速高效地實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的方向變更和速度控制變更。需要使用電子驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制有刷直流電機(jī)中的電機(jī)電流。電子驅(qū)動(dòng)電路包含具有兩相逆變器的功率級(jí)（滿足所需功率強(qiáng)度）、用于實(shí)施電機(jī)速度命令和故障處理的微控制器、用于電機(jī)啟動(dòng)/停止保護(hù)的電流感應(yīng)功能、用于控制兩相逆變器的柵極驅(qū)動(dòng)器以及用于微控制器和其他低壓器件的電源。

此次大聯(lián)大世平推出的有刷式直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括：

1.帶有兩相逆變器的功率級(jí)滿足所需的功率容量；

2.微控制器實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度命令和故障處理；

3.電機(jī)啟動(dòng)/失速保護(hù)的電流檢測(cè)；

4.用于控制兩相逆變器的柵極驅(qū)動(dòng)器。

圖示1-大聯(lián)大世平推出基于TI產(chǎn)品的有刷式直流電機(jī)參考設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)圖

功能描述

脈寬調(diào)制（PWM）和相位控制：

在有刷直流（BDC）電機(jī)中，可以使用一個(gè)簡(jiǎn)單的脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)來(lái)控制該電機(jī)轉(zhuǎn)子的速度。由于PWM信號(hào)的占空比改變了傳送的平均電壓到電機(jī)是不同的，允許不同的轉(zhuǎn)子速度，而不會(huì)通過一個(gè)電阻電位器。然后使用兩相逆變器控制電機(jī)的方向這允許使用四個(gè)快速改變提供給電機(jī)的電流的方向獨(dú)立控制的MOSFET。如圖所示。

圖示2-大聯(lián)大世平代理的TI產(chǎn)品的有刷直流電機(jī)工作示意圖

用于控制電機(jī)的PWM信號(hào)是使用MSP430G2553產(chǎn)生的。通過取樣速度電位器的滑動(dòng)電壓并將該樣本與Timer_A進(jìn)行比較MSP430的PWM信號(hào)具有不同的占空比和恒定的開關(guān)頻率創(chuàng)建。

圖示3-大聯(lián)大世平代理的TI產(chǎn)品的有刷直流電機(jī)工作示意圖

電流斬波使用VREF

為了控制通過電機(jī)的電流，檢測(cè)電阻被放置在H橋的底部在兩個(gè)低端MOSFET的源極和地之間。一個(gè)內(nèi)部運(yùn)算放大器然后將DRV8701連接在檢測(cè)電阻和地之間，使驅(qū)動(dòng)器可以測(cè)量電壓降并通過比例因子AV放大以產(chǎn)生更大的幅度值。該電壓被稱為VSO，并與VREF引腳上設(shè)置的電壓進(jìn)行比較；如果VSO大于或等于VREF時(shí)，電橋停止產(chǎn)生柵極信號(hào)直到電壓已經(jīng)降到VREF以下，如果VSO小于VREF，那么橋?qū)⒗^續(xù)產(chǎn)生門電路信號(hào)。

VSO涉及使用等式1的通過電動(dòng)機(jī)的電流：VSO=AV*（IDRIVE*RSENSE）（1）

如果VSO大于或等于VREF，則SNSOUT引腳的輸出被拉低指示驅(qū)動(dòng)器故障，DRV8701正在切斷門信號(hào)。而VSO是小于VREF時(shí)，SNSOUT引腳的輸出可通過外部上拉電阻拉高至邏輯高電平表示器件工作在典型的驅(qū)動(dòng)電流狀態(tài)。下面的圖顯示了電流斬波驅(qū)動(dòng)電流方案。在圖中，電機(jī)正在初始驅(qū)動(dòng)，電流從電源中汲取增加。一旦在檢測(cè)電阻（VSO）上測(cè)得的電壓等于或大于此值，比VREF的SNSOUT引腳被拉低，輸出門信號(hào)被切斷該P(yáng)WM開關(guān)間隔的其余部分。在下一個(gè)PWM開關(guān)間隔的感應(yīng)在最后一個(gè)驅(qū)動(dòng)循環(huán)中，電機(jī)仍然保持一部分電流流過電機(jī)在驅(qū)動(dòng)花費(fèi)較少的時(shí)間駕駛電動(dòng)機(jī)之前，VSO等于VREF和到橋的門信號(hào)被切斷。

圖示4-大聯(lián)大世平代理的TI產(chǎn)品的有刷直流電機(jī)工作示意圖

IDRIVE

使用DRV8701為兩相逆變器中的MOSFET提供柵極信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)使用IDRIVE設(shè)置選擇ISINK和ISOURCE電流?？刂频哪繕?biāo)ISOURCE和ISINK將調(diào)整提供給四個(gè)MOSFET的柵極的電流量H橋，并在沒有有源區(qū)和飽和區(qū)之間達(dá)到所需的轉(zhuǎn)換速率向設(shè)備提供過量的電流。如果MOSFET的轉(zhuǎn)換速率太低，該器件將花費(fèi)太多的時(shí)間在下面的圖所示的米勒地區(qū)。

圖示5-大聯(lián)大世平代理的TI產(chǎn)品的有刷直流電機(jī)工作示意圖

產(chǎn)品特性

DRV8701ERGER是一款采用四個(gè)外部N溝道MOSFET的單一H橋柵極驅(qū)動(dòng)器，面向雙相逆變器驅(qū)動(dòng)一個(gè)雙向有刷直流電機(jī)。階段/啟用（DRV8701E）控制方案允許簡(jiǎn)單地連接到單片機(jī)電路。一個(gè)內(nèi)部檢測(cè)放大器允許使用外部檢測(cè)電阻進(jìn)行可調(diào)節(jié)的電流控制。柵極驅(qū)動(dòng)器包括使用固定關(guān)斷時(shí)間PWM來(lái)控制繞組電流的能力電流切斷。DRV8701采用9.5 V VGS柵極驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)高端和低端FET來(lái)自一個(gè)集成的電荷泵。所有外部FET的柵極驅(qū)動(dòng)電流可以是在IDRIVE引腳上配置一個(gè)外部電阻。

MSP430G2553IPW20是一款超低功耗微控制器，由許多不同的器件組成特征。其中一些功能包括五種不同的低功耗模式，一個(gè)16位RISC CPU、16位寄存器和常量發(fā)生器。使用數(shù)字控制振蕩器（DCO）MSP430G2553可以在低于1μs的時(shí)間內(nèi)從低功耗模式喚醒。

CSD18540Q5B是一款60V N溝道MOSFET，RDS額定值為1.8mΩ。該器件是功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用的理想選擇，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)可將損耗降至最低，而SON的尺寸僅為5mm×6mm。

LMT86DCKT是一款精密的CMOS溫度傳感器，利用與溫度線性成反比的模擬輸出電壓。該器件的工作電壓可低至2.2V，電源電流為5.4μA，是電池供電應(yīng)用的理想器。

圖示6-大聯(lián)大世平推出基于TI產(chǎn)品的有刷式直流電機(jī)參考設(shè)計(jì)方案照片

應(yīng)用

1.刷式直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；

2.直流充電（樁）站；

3.電動(dòng)汽車充電站HMI模塊；

4.電動(dòng)汽車充電站電源模塊；

5.物料搬運(yùn)（叉車、倉(cāng)庫(kù)機(jī)器人等）；

6.工業(yè)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)。

關(guān)于大聯(lián)大控股：

大聯(lián)大控股是全球第一，亞太區(qū)市場(chǎng)份額領(lǐng)先的半導(dǎo)體元器件分銷商，總部位于臺(tái)北（TSE:3702），旗下?lián)碛惺榔?、品佳、詮鼎及友尚，員工人數(shù)約5，100人，代理產(chǎn)品供應(yīng)商超過250家，全球約71個(gè) IED & 34個(gè) Non-IED分銷據(jù)點(diǎn)（亞太區(qū)IED 43個(gè) & Non-IED 34個(gè)），2017年?duì)I業(yè)額達(dá)175.1億美金（自結(jié)）。（*市場(chǎng)排名依Gartner公布數(shù)據(jù)）

大聯(lián)大控股開創(chuàng)產(chǎn)業(yè)控股平臺(tái)，持續(xù)優(yōu)化前端營(yíng)銷與后勤支持團(tuán)隊(duì)，扮演產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈專業(yè)合作伙伴，提供創(chuàng)造需求（Demand Creation）、交鑰匙解決方案（Turnkey Solution）、技術(shù)支持、倉(cāng)儲(chǔ)物流與IC電子商務(wù)等增值服務(wù)，滿足原始設(shè)備制造商（OEM）、原始設(shè)計(jì)制造商（ODM）、電子制造服務(wù)商（EMS）及中小型企業(yè)等不同客戶需求。國(guó)際化經(jīng)營(yíng)規(guī)模與本地化銷售渠道，長(zhǎng)期深耕亞太市場(chǎng)，連年獲得專業(yè)媒體評(píng)選為「亞洲最佳IC分銷商」。

為提高大聯(lián)大的本土化服務(wù)質(zhì)量，滿足大中國(guó)區(qū)服務(wù)區(qū)域客戶的差異化需求，大聯(lián)大（中國(guó)）服務(wù)六大領(lǐng)域包括中資（China Based Manufacturers）、臺(tái)商（Taiwan-Based Manufacturers）、外商（Electronic Manufacturing Service）、日商（Japan-Based Manufacturers）、韓商（Korea-Based Manufacturers）及港商（Hong Kong-Based Manufacturers）客戶。大聯(lián)大除提供客戶最佳的交鑰匙解決方案（Turnkey Solution），并為滿足客戶小批量器件采購(gòu)需求，特別成立專責(zé)的小批量服務(wù)團(tuán)隊(duì)（SQS， Small Quantity Service）。大聯(lián)大已分別于內(nèi)地及香港成立大聯(lián)大商貿(mào)、大聯(lián)大商貿(mào)（深圳）及大聯(lián)大電子（香港），以「產(chǎn)業(yè)首選．通路標(biāo)桿」為企業(yè)愿景，全面推行「團(tuán)隊(duì)、誠(chéng)信、專業(yè)、效能」之核心價(jià)值觀，以專業(yè)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)商、客戶與股東互利共贏。