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高集成和无感FOC发展趋势下的BLDC专用驱控芯片

Robot Vision 2021-09-16 08:00 次阅读
BLDC作为同步电机,因为其转矩密度高,十分适合应用在移动式产品中。尤其是近几年,无人机、机器人和电动汽车这些发展迅猛的行业都有很多BLDC的应用。
由于BLDC可以使反电动势的波形呈梯形,所以就可以采用具有矩形波形的直流电压来生成低转矩纹波的旋转磁场,而矩形电压很容易产生。所以随便一款MCU,或者C2000系列DSP乃至于51单片机都可以产生这种PWM波,这也是为什么BLDC的控制和驱动可以做得很简单。在低成本高效率应用上,BLDC几乎就是最佳选择。
目前终端市场对电机控制性能提出了更高的要求,不仅需要电机能够做到高效率和多功能控制,还需要在追求高转速的同时实现低噪音低振动的控制效果。这些高标准的性能要求都对控制芯片提出了更严苛的要求。越来越多的高性能电机驱动控制芯片在市场高需求和性能高标准两大机遇下涌现。

单芯片完成全集成

其实不止于电机驱动控制专用芯片,对集成电路设计行业而言,更高的集成度一直是正在为之努力的目标。对电机驱动控制专用芯片来说,单颗芯片如果有更高的器件或功能集成度,那么在应用时就能大幅简化外围器件与电路。这对于BLDC整体的可靠性而言也是至关重要的。
近期,德州仪器TI)就发布了MCF8316A和MCT8316A两款BLDC驱动。虽然还未正式开始发售,但是从目前透露的信息已经可以看到其性能的强大。
(图源:TI)
MCF8316A和MCT8316A集成了实时控制功能和包括MOSFET在内的多达18个分立式元件。MCF8316A是无传感器磁场定向控制电机驱动器,智能地提取电机参数;MCT8316A则是无传感器梯形控制电机驱动器,无需微控制器接口,集成度高因此可简化系统。
据悉,MCF8316A包含了一项获得专利的精密自动死区时间补偿技术。该技术可以补偿电流失真,极大程度上优化电机的声学性能。MCT8316A则是通过不同的梯形控制技术来降低BLDC噪声。
这两款新产品集成了三个栅极驱动器和六个高侧和低侧MOSFET,每个均具有50mΩ的导通电阻。单芯高集成的优势从德州仪器先进的BLDC电机驱动性能中可见一斑,两款产品能够在12V和24V系统中提供高达70W的功率和8A的峰值电流。高集成度的体现不只有这些,低压降(LDO)稳压器、直流/直流降压稳压器和电流检测放大器等元件都集成在单芯中,省去了多达18个分立式元件。对于低压节能型系统,这两款产品应该可以带来最理想的选择。
使用集成了无传感器控制功能的电机驱动器进行实时控制时,电机中无需霍尔效应传感器,因此可以提高系统可靠性并降低系统总成本。单芯片全集成带来的成本下降也是下游客户极其看重的一点。

无传感器FOC

在BLDC电机控制算法上,也是一代代更新。随着电机控制性能要求的逐年提升,BLDC控制算法也从方波控制转型到有感SVPWM,然后到FOC。无感FOC控制算法目前已经在各大厂商确立了主导地位,这主要还是因为FOC能在最大程度上实现高效率、低振动、低噪音以及高响应速度等电机控制目标。
上述这两款TI产品都是基于Field Oriented Control 的控制方式。这里我们视线转回国内,从国内的BLDC控制芯片和方案上就可以看到,基本上所有国内厂商都选择了FOC来推。
峰岹科技推出的FU6832就是内嵌无感FOC的高性能BLDC专用驱动MCU。其实这款也做了单芯全集成,内部集成高速电机控制引擎、Predriver、LDO、运放、比较器、高速ADC及高速乘除法器,可硬件自动完成电机FOC/BLDC运算控制。

(图源:峰岹科技)
FOC控制下的电机换向性能极其优秀,再最高转速下正反转切换可以做到十分顺畅,同时FOC可以进行电流(力矩)、速度、位置三个闭环控制。通过Clock调速和PWM调速,FOC控制下的BLDC震动更低,噪音更小,响应速度更快。
在无传感器FOC算法中,由于集成了先进控制技术,因此可以显著加快电机调谐,例如,通过自行测量电机参数或自动执行控制环路的调谐等方式加快速度。
ChipON的KF32系列针对BLDC电机应用也对FOC实现了相关的优化。
(图源:ChipON)
KF32系列强大的内核能在没有任何硬件算法加速的情况下实现无感FOC下>240000RPM电转速。
同时,使用KF32增强型ECCP输出6路PWM,采样电阻把电流信号转为电压信号,再通过KF32内集成的运放模块差分运放,用KF32的ADC模块采样信号大小,采样值再经过FOC算法去调整控制PWM输出的占空比,使电机的运行速度达到速度给定。
国内还有不少芯片厂商推出了基于BLDC应用的专用芯片,这里不一一列举。

小结

BLDC电机驱控芯片行业技术向单芯高集成和无感FOC控制的趋势已经很明朗,BLDC驱控芯片厂商如何在市场起量的契机下在高效率,低能耗,稳定性上取得突破将会是赢得市场的关键。
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CH120DF是一款先进的Motion SPM ® 3模块,为交流感应,BLDC和PMSM电机提供功能齐全的高性能逆变器输出级。这些模块综合优化了内置IGBT的栅极驱动,最大限度降低电磁辐射和损耗,同时提供多种自带保护功能,包括欠压闭锁,过流关断,驱动芯片热监控和故障报告。内置高速HVIC仅需要单电源电压并将收到的逻辑电平栅极输入信号转换为高电压,高电流驱动信号,从而有效驱动模块的内部IGBT。独立负IGBT引脚适用于各相位,以支持最广泛的算法控制。 特性 UL认证号E209204(UL1557) 1200 V - 10 A三相IGBT逆变器,带积分栅驱动器和保护功能 低功耗,额定短路IGBT 使人 2 0 3 陶瓷基质实现极低热阻 专用Vs引脚能够简化PCB布局 低侧IGBT的独立发射极开路引脚用于三相电流检测 单相接地电源 LVIC内嵌温度感功能,用于监控温度 绝缘等级:2500 V rms /分 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 07:02 252次 阅读
FSBB15CH120D 运动SPM
CH120D是一款先进的MotionSPM®3模块,用于交流感应,BLDC和PMSM电机提供功能齐全的高性能逆变器输出级。 这些模块综合优化了内置IGBT的栅极驱动,最大限度降低电磁辐射和损耗,同时提供多种自带保护功能,包括欠压闭锁,过流关断,驱动芯片热监控和故障报告。内置高速HVIC仅需要单电源电压并将收到的逻辑电平栅极输入信号转换为高电压,高电流驱动信号,从而有效驱动模块的内部IGBT。独立负IGBT引脚适用于各相位,以支持最广泛的算法控制。 特性 UL认证号E209204(UL1557) 1200 V - 10 A三相IGBT逆变器,带积分栅驱动器和保护功能 低功耗,额定短路IGBT 使人 2 0 3 陶瓷基质实现极低热阻 专用Vs引脚能够简化PCB布局 低侧IGBT的独立发射极开路引脚用于三相电流检测 单相接地电源 LVIC内嵌温度感功能,用于监控温度 绝缘等级:2500 V rms /分 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 07:02 203次 阅读
NFAM5065L4B 智能功率模块 SPM31,650 V 50A
65L4B是一款先进的Motion SPM,为AC感应,BLDC和PMSM电机提供功能齐全的高性能逆变器输出级。这些模块集成了内置IGBT的优化栅极驱动,可最大限度地降低EMI和损耗,同时还提供多种模块内保护功能,包括欠压锁定,过流关断,驱动IC热监控和故障报告。内置的高速HVIC仅需要一个电源电压,并将输入的逻辑电平栅极输入转换为正确驱动模块内部IGBT所需的高电压,高电流驱动信号。每个相都有单独的负IGBT端子,以支持最广泛的控制算法。 特性 650 V - 50具有集成栅极驱动器的三相IGBT逆变器和保护 低损耗,短路额定IGBT(FS4) 极低的热阻使用 内置自举二极管和专用Vs引脚简化PCB布局 单接地电源 内置温度计以准确测量温度 隔离等级:2500 V rms / 1 min。 应用 终端产品 交流感应,BLDC和PMSM电机的逆变器。 工厂自动化 商用空调 HVAC 机器人 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 04:02 157次 阅读
NFAM5065L4BT 智能功率模块 SPM31,650 V 50A(NTC选件)
65L4BT是一款先进的Motion SPM,为AC感应,BLDC和PMSM电机提供功能齐全的高性能逆变器输出级。这些模块集成了内置IGBT的优化栅极驱动,可最大限度地降低EMI和损耗,同时还提供多种模块内保护功能,包括欠压锁定,过流关断,驱动IC热监控和故障报告。内置的高速HVIC仅需要一个电源电压,并将输入的逻辑电平栅极输入转换为正确驱动模块内部IGBT所需的高电压,高电流驱动信号。每个相都有单独的负IGBT端子,以支持最广泛的控制算法。 特性 650 V - 50具有集成栅极驱动器的三相IGBT逆变器和保护 低损耗,短路额定IGBT(FS4) 极低的热阻使用 内置自举二极管和专用Vs引脚简化PCB布局 单接地电源 内置温度计以准确测量温度 隔离等级:2500 V rms / 1 min。 应用 终端产品 交流感应,BLDC和PMSM电机的逆变器。 工厂自动化 商用空调 机器人 li> HVAC 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 04:02 180次 阅读
NFCS1060L3TT 智能功率模块(IPM) PFC组合 600V 10A
60L3TT是一个完全集成的PFC和逆变器功率级,包括一个高压驱动器,六个电机驱动IGBT,一个PFC SJMOSFET,一个用于整流器的PFC SiC-SBD和一个热敏电阻,适用于驱动永磁同步( PMSM)电机,无刷直流(BLDC)电机和交流异步电机。 IGBT采用三相桥式配置,为小腿提供独立的发射极连接,以便在选择控制算法时获得最大的灵活性。 特性 优势 在一个封装中采用PFC和逆变器级的简单散热设计。 保存PCB面积并简化装配流程 交叉传导保护 避免手臂短路输入信号不足 集成自举二极管和电阻器 保存PCB面积 应用 终端产品 电机驱动模块 电机控制系统 工业/通用控制系统HVAC 工业风扇电机 泵 洗衣机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 04:02 125次 阅读
NFAP1060L3TT 智能功率模块(IPM) 600 V 10 A 带有先进的SIP封装
60L3TT是一个完全集成的逆变器功率级,由高压驱动器,六个IGBT和一个热敏电阻组成,适用于驱动永磁同步(PMSM)电机,无刷直流(BLDC)电机和交流异步电机。 IGBT采用三相桥式配置,为低支路提供独立的发射极连接,在控制算法选择方面具有最大的灵活性。功率级具有全面的保护功能,包括跨导保护,外部关断和欠压锁定功能。连接到过流保护电路的内部比较器和参考电压允许设计人员设置过流保护电平。 特性 紧凑型44mm x 20.9mm单列直插式封装 内置欠压保护 交叉传导保护 集成自举二极管和电阻器 应用 终端产品 工业驱动器 泵 粉丝 Automationas 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 03:02 146次 阅读
FSB50650B 智能功率模块(IPM) 500 V 2.5A
50B / BS是一款先进的SPM®5模块,为交流感应,BLDC和PMSM电机提供功能齐全的高性能逆变器输出级。这些模块集成了内置MOSFET(FRFET®技术)的优化栅极驱动,可最大限度地降低EMI和损耗,同时还提供多种模块内保护功能,包括欠压锁定和热监控。内置高速HVIC仅需一个电源电压,并将输入的逻辑电平栅极输入转换为正确驱动模块内部MOSFET所需的高电压,高电流驱动信号。 应用 风扇电机 泵 洗碗机 洗衣机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 03:02 156次 阅读
LV8907UW 用于汽车的无传感器三相无刷直流电机控制器 带栅极驱动器
是一款高性能,无传感器的三相BLDC电机控制器,带有集成栅极驱动器,用于驱动外部N-MOSFET。片上两级电荷泵为各种超低RDS(ON)型外部N-MOSFET提供所需的栅极电流。该器件提供丰富的系统保护和诊断功能,如过流,过压,短路,欠压,过温等等。它支持开环和闭环速度控制,具有用户可配置的启动,速度设置和比例/积分(PI)控制系数,适用于各种电机和负载组合。 LV8907内置线性稳压器,用于为外部电路,看门狗定时器和本地互连网络(LIN)收发器供电,提供最小的系统解决方案。提供SPI接口用于参数设置和监视系统运行状况。 LV8907具有高达175°C的工作结温耐受性和电气LIN兼容控制信号(PWM和使能),是独立的汽车BLDC电机控制系统的理想解决方案。 特性 优势 经营结温高达175°C 适用汽车应用 工作电压范围为5.5 V至20 V,容差范围为4.5 V至40 V 各种电机的广泛性能 嵌入式专有无传感器换向控制 BOM成本降低 内置LIN收发器和看门狗定时器 与汽车网络的连接系统 用于实时参数化和诊断的SPI接口 微处理器的可选功能 各种系统保护功能...
发表于 07-31 03:02 391次 阅读
LV8907UW 用于汽车的无传感器三相无刷直流电机控制器 带栅极驱动器
LV88563 用于24V / 48V风扇的电机驱动器 单相 PWM 全波 BLDC
3JA是单相24V / 48V BLDC电机的预驱动器,它具有用于电机转速的闭环控制器。这可用于控制低振动和低噪音的电机。此外,可通过外部引脚调整超前角。可以独立调整超前角值和超前角倾斜度。因此,可以通过各种电动机以高效率和低噪声驱动该装置。电机速度设定曲线可通过外部电阻调节多种类型。作为电机转速控制的一种方法,采用直接PWM脉冲输入。 特性 优势 单相全波驱动器预驱动器包括闭环速度控制 电机速度控制的高精度 PWM占空比输入(25 Hz至100 kHz)的速度控制功能 宽操作范围 软启动功能和PWM软开关相变 低噪音和无声驾驶 软PWM占空比转换 低噪音和静音驱动 内置电流限制电路和热保护电路 安全 内置锁定转子保护和自动恢复电路 安全性 FG信号输出 易于控制电机 相对于旋转的动态超前角调整 效率高 应用 终端产品 电机驱动单元 服务器冷却风扇 服务器冷却风扇 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 00:02 277次 阅读
LV88551 电机驱动器 单相 PWM 全波 BLDC
1JA / R是单相BLDC电机的预驱动器,它具有用于电机转速的闭环控制器。这可用于控制低振动和低噪音的电机。此外,可通过外部引脚调整超前角。可以独立调整超前角值和超前角倾斜度。因此,可以通过各种电动机以高效率和低噪声驱动该装置。电机速度设定曲线可通过外部电阻调节多种类型。作为电机转速控制的一种方法,直接PWM脉冲输入。 特性 优势 单相全波驱动器预驱动器包括闭环速度控制 电机速度控制的高精度 PWM占空比输入(25 Hz至100 kHz)的速度控制功能 宽工作范围 软启动功能和PWM软切换相变 低噪音和无声驾驶 软PWM占空比转换 低噪声和静音驱动 内置限流电路和热保护电路 安全 内置锁定转子保护和自动恢复电路 安全 FG信号输出 易于控制电机 相对于转速的动态超前角调整 效率高 可以配置超前角控制参数。 效率高 应用 终端产品 电机驱动单元 冰箱 游戏 计算设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 00:02 134次 阅读
LV8814J 电机驱动器 三相 PWM 全波 BLDC
J是一款三相BLDC电机驱动器,由单个霍尔传感器控制。采用180度正弦驱动方式,IC可控制低振动,低噪音的电机。此外,可通过外部引脚调整超前角。可以独立调整超前角值和超前角倾斜度。因此,可以通过各种电动机以高效率和低噪声驱动该装置。内置驱动电机的功率元件,通过低导通电阻(0.5Ω)提高效率。霍尔传感器偏置驱动器配备,并支持霍尔IC。作为电机转速控制的一种方法,可以选择直接PWM脉冲输入或直流电压输入。 特性 优势 三相全波(正弦)驱动器 静音,低振动,高效率 可以处理槽和杆的任何实际组合。 (例如3S3P,3S4P,6S4P,6S8P,12S8P,9S12P等) 多功能性 内置功率FET(P-MOS / N-MOS) 零件标记缩减。实施区域 直接PWM或直流电压输入的速度控制功能 可以通过两种方法进行速度控制。(可选) 最小输入PWM占空比可通过电压输入配置 它是有助于运动稳定性 软启动功能和软关机功能 在开始时有助于静态声音特性 软PWM占空比转换 时的静态声音特性速度异常良好 内置限流电路和热保护电路 安全使用由保护功能提供 ...
发表于 07-30 23:02 155次 阅读
LV8814J 电机驱动器 三相 PWM 全波 BLDC
LV8811G 电机驱动器 三相 PWM 全波 BLDC
G是一款三相BLDC电机驱动器,由单个霍尔传感器控制。采用180度正弦驱动方式,IC可控制低振动,低噪音的电机。此外,可通过外部引脚调整超前角。可以独立调整超前角值和超前角倾斜度。因此,可以通过各种电动机以高效率和低噪声驱动该装置。内置驱动电机的功率元件,通过低导通电阻(0.5Ω)提高效率。霍尔传感器偏置驱动器配备,并支持霍尔IC。作为电机转速控制的一种方法,可以选择直接PWM脉冲输入或直流电压输入。 特性 优势 三相全波(正弦)驱动器 静音,低振动,高效率 可以处理槽和杆的任何实际组合。 (例如3S3P,3S4P,6S4P,6S8P,12S8P,9S12P等) 多功能性 内置功率FET(P-MOS / N-MOS) 零件标记缩减。实施区域 直接PWM或直流电压输入的速度控制功能 可以通过两种方法进行速度控制。(可选) 最小输入PWM占空比可通过电压输入配置 它是有助于运动稳定性 软启动功能和软关机功能 在开始时有助于静态声音特性 软PWM占空比转换 时的静态声音特性速度异常良好 内置限流电路和热保护电路 安全使用由保护功能提供 ...
发表于 07-30 22:02 275次 阅读
LV8811G 电机驱动器 三相 PWM 全波 BLDC
LV8310H 12V 24V和48V单相BLDC电机预驱动器 带速度控制
HGR2G是12 V,24 V和48 V单相BLDC电机的预驱动器,可通过内置闭环速度控制器控制电机转速。其目标速度可通过输入PWM占空比设置。速度曲线设置可以存储到内部非易失性存储器(NVM)。此外,还可以通过内部NVM中保存的配置调整超前角。因此,它可以高效率和低噪音驱动各种电机。 特性 单相BLDC电机预驱动器 应用 终端产品 电机驱动单元 冰箱 服务器 台式计算机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 21:02 215次 阅读
LV8968BBUWR2G 用于汽车的多用途BLDC预驱动器
BB是一款3相BLDC / PMSM预驱动器,集成了BEMF(反电动势)传感和逻辑电平FET兼容性。宽工作电压范围和AEC-Q100认证使该器件非常适合汽车应用。六个栅极驱动器为外部电源桥提供400 mA(典型值)栅极电流,允许使用低电阻功率FET和逻辑电平FET。所有FET都具有过流保护,短路保护,过温保护和栅极欠压保护。多种保护和监控功能使该器件适用于ISO26262应用。三个独立的低端源引脚允许多个分流测量。该器件还包括一个可编程线性稳压器,一个快速电流检测放大器和一个用于微控制器支持的窗口看门狗。 SPI接口允许实时参数设置和诊断。关键系统参数可编程到非易失性OTP存储器中。高达175°C的结温耐受性以及通过宽电平WAKE和PWM信号进行控制,使LV8968BB成为汽车应用(如发动机冷却风扇)的理想电机预驱动器,燃料,油和液压泵。 特性 8 V至28 V电源电压的全驱动电源,瞬态电压范围为4.5 V至40 V 使用逻辑电平模式从6 V扩展到33 V的电压范围 具有独立六门控制或具有集成可编程死区时间的驱动器3模式的高达25 kHz电机PWM 用于外部负载的5 V / 3.3 V线性稳压器,最高50 mA ...
发表于 07-30 21:02 311次 阅读
LV8316H 电机驱动器 单相 PWM 全波 BLDC
H是单相BLDC电机的驱动器,可直接通过PWM占空比输入控制电机转速。它可以控制低振动和低噪音的电机。此外,它还可以使用内部非易失性存储器保存的值来调整超前角配置。因此,它可以高效率和低噪音驱动各种电动机。电机转速控制曲线也可由非易失性存储器存储。 特性 单相全波风扇电机驱动器,Iomax:2.0 A 应用 终端产品 电机驱动单元 冰箱 服务器 台式计算机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 20:02 157次 阅读