無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的樂(lè)趣在于算法

有充分的理由說(shuō)無(wú)刷直流電機(jī)絕對(duì)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中最酷的一款產(chǎn)品。您可以獲得更高的效率、功率和扭矩，更低的噪音、電磁干擾（EMI）及振動(dòng)，更長(zhǎng)的電池及電機(jī)壽命,更快的速度,更好的產(chǎn)品,更多的驚喜、樂(lè)趣和朋友,更好看的外觀以及無(wú)數(shù)追隨者的崇拜。這份清單使無(wú)刷DC可能已經(jīng)漸漸成為希望和夢(mèng)想的支持者（見圖1），而“結(jié)果可能會(huì)各不相同”。

圖1：無(wú)刷DC：希望和夢(mèng)想的支持者

無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的樂(lè)趣在于算法。您可以實(shí)現(xiàn)有傳感器或無(wú)傳感器監(jiān)控、梯形或正弦控制、磁場(chǎng)定向控制（FOC）或換向?？蛇x方案和烹飪雞蛋的方法一樣多——但事實(shí)上，只有十種真正稱得上是獨(dú)特的（其他方法只是做了一個(gè)小小的變化）。但是我們現(xiàn)在將要討論“步驟零”：為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件。圖2所示為大部分人對(duì)此現(xiàn)象的印象。

圖2：舒適度隨著電壓水平和模擬內(nèi)容線性下降

對(duì)于其余六個(gè)讀卡器，許多無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)旨在追求高功率和高效率，這意味著最好的實(shí)現(xiàn)方式是用分立式MOSFET控制柵極驅(qū)動(dòng)器的微控制器（MCU）。在您測(cè)試出最佳的速度環(huán)路算法來(lái)控制您的電機(jī)之前，您只需將MCU的智能與MOSFET的原始電流驅(qū)動(dòng)能力連接即可。柵極驅(qū)動(dòng)器充當(dāng)MCU的邏輯域與MOSFET和電動(dòng)機(jī)的功率域之間的轉(zhuǎn)換器。有兩種可以實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換器的架構(gòu)：分立式柵極驅(qū)動(dòng)器和集成式柵極驅(qū)動(dòng)器。有很多原因說(shuō)服你任選其一。分立式驅(qū)動(dòng)器提供最高的電源電壓支持和最優(yōu)的性能，但需要更多的組件并且缺乏保護(hù)功能。集成式驅(qū)動(dòng)器為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供更具針對(duì)性的解決方案，但不會(huì)為您提供電壓支持或分立式柵極驅(qū)動(dòng)器的超高性能。除在一個(gè)芯片上使用三個(gè)分立式柵極驅(qū)動(dòng)器外，像DRV8320這樣的集成式驅(qū)動(dòng)器還可以提供附加功能，如柵極驅(qū)動(dòng)電源、感應(yīng)放大器、功率器件或集成式柵極驅(qū)動(dòng)無(wú)源器件。剛剛略讀上述段落的讀者可以看下表1。

表 1: 分立式柵極驅(qū)動(dòng)器與集成式柵極驅(qū)動(dòng)器

總之

無(wú)刷直流電機(jī)很酷

（可以幫您結(jié)交朋友）

沒(méi)有人喜歡談?wù)搶?shí)際的硬件

（但是我們將要這么做）

分立式和集成式柵極驅(qū)動(dòng)器各有優(yōu)缺點(diǎn)

我們可以整天談?wù)摴δ芎蛢?yōu)點(diǎn)，但工程師想看的是一些真正的電路。接下來(lái)我們直接比較分立式和集成式柵極驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，展示兩者的電路板級(jí)差異。

原理圖和布局比較的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是組件數(shù)量和解決方案尺寸。第一個(gè)度量標(biāo)準(zhǔn)是：元件數(shù)量。這在原理圖完成后可以相對(duì)容易地找到。然而，解決方案尺寸的估算更加復(fù)雜。我們經(jīng)常看到在集成電路元件尺寸上簡(jiǎn)單標(biāo)注的解決方案尺寸。但是這其實(shí)非常不準(zhǔn)確，因?yàn)樗⑽纯紤]外部元件、元件與電路板上的布線之間需要的間隙。

下表為無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器創(chuàng)建分立式和集成式柵極驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)的并行原理圖和布局。我們選擇了TI一款分立式柵極驅(qū)動(dòng)器和DRV8320作為集成式柵極驅(qū)動(dòng)器。另外使用了NexFET?功率MOSFET的標(biāo)準(zhǔn)QFN封裝。雖然這種設(shè)計(jì)恰好使用標(biāo)準(zhǔn)分立式FET，但TI最近推出了兩款可用于此應(yīng)用的垂直集成的半橋式電源塊，節(jié)省了更多的設(shè)計(jì)空間。希望這些圖片對(duì)那些想要比較這兩種無(wú)刷直流架構(gòu)的人有所幫助。

表1：分立式柵極驅(qū)動(dòng)器與集成式柵極驅(qū)動(dòng)器

這個(gè)看似速效的項(xiàng)目注入了很多設(shè)計(jì)和想法。從上面可以猜到，創(chuàng)建一個(gè)沒(méi)有內(nèi)層的雙層電路板可以簡(jiǎn)化瀏覽。不過(guò)，這意味著在布局上需要投入更多心思。同樣，分立式柵極驅(qū)動(dòng)器上的柵極驅(qū)動(dòng)設(shè)置組件和集成式柵極驅(qū)動(dòng)器上的IDRIVE引腳組件需要進(jìn)行調(diào)整，以便從外部FET獲得可接受的上升和下降次數(shù)。布局部分還有許多小的調(diào)整，以便實(shí)現(xiàn)兩種解決方案的最小尺寸。