电机驱动集成的故事

来源:德州仪器 作者:Wenjia Liu2017年04月12日 10:58
[导读] 就像每个MOSFET需要一个栅极驱动器来切换它,每个电机后面总是有一个驱动力。根据复杂程度和系统成本、尺寸和性能要求,驱动电机的方式多样。

就像每个MOSFET需要一个栅极驱动器来切换它,每个电机后面总是有一个驱动力。根据复杂程度和系统成本、尺寸和性能要求,驱动电机的方式多样。

最简单和离散的解决方案是由两个晶体管组成的图腾柱/推挽电路。这些晶体管可以是NPN和PNP晶体管的不同组合,产生将输入逻辑信号转换为高电流信号的放大器,其反之又导通和关断MOSFET和IGBT。在图1中,连接了发射器,提供放大输出以驱动FET。这种解决方案已广泛用于许多不同的应用,包括电动机驱动,主要因为其成本低并易于使用,但仍然存在一些限制和缺点。

图1:典型的推挽/图腾柱栅极驱动电路

例如,晶体管会发热,在一些系统中引起散热问题。或者两个晶体管都短暂接通,导致电路直通。对于PCB空间有限的应用,图腾柱电路不是理想的选择,因为它需要多个组件来实现栅极驱动功能。对于更高的输出电压,图1所示的解决方案需要额外的电平移位电路,以便在使用仅提供5V或更低电压的控制器来驱动开关时,实现输出和输入上的电压电平。晶体管和电平移位电路增加了图腾柱电路解决方案的物料清单(BOM)数量和所需的印刷电路板(PCB)空间。

栅极驱动器集成电路(IC)可以解决这些问题。栅极驱动器IC实现与图腾柱电路相同的功能,但有许多额外的好处:

· 栅极驱动器IC节省了空间和资源,因为它将所有组件集成到单个封装中。因此,物理尺寸较小,设计更直接,装配更容易。

· 栅极驱动器IC简化了电路板布局,减少了设计不确定性,因为数据表具有所有规格。

· 驱动电流不限于输入基极电流和增益,因此驱动能力更强,从而减少开关损耗并提高效率。

· 欠电压锁定(UVLO)和“防直通”等保护功能提高了系统的鲁棒性。

虽然图腾柱电路是作为一种成熟解决方案已流行多年,但现代和未来的系统需要更高的集成度和更高的性能。随着半导体技术的进步,栅极驱动器IC的成本已可与分立电路相比,这使得IC解决方案对于大多数应用而言更具吸引力和可行性。

TI提供广泛的栅极驱动器产品组合,适用于几乎所有市场和应用。TI的栅极驱动器支持非隔离解决方案的电压高达620V,隔离解决方案的电压高达5kV。LM5109B是低于100V的电机解决方案的通用解决方案。有关更多详细信息,请参见TI栅极驱动器页。

若您喜欢集成度更高的解决方案,那么系统级解决方案不仅提供栅极驱动能力,而且还具有MOSFET、片上通信以及不同级别的保护和控制,所有这些都集成在一个芯片中。这些解决方案进一步减少物理尺寸和设计不确定性。例如,TI的DRV8xxx系列是用于有刷直流、无刷直流和步进电机的通用解决方案。有关详细信息,请参阅TI电机驱动器页。

所有选项都有其优缺点,需要选择最适合您系统的选项。使用TI提供的各种解决方案开始设计,您会找到正确的解决方案。

其他信息

· 查看这些电机驱动器参考设计:

· 230 V,3.5 kW PFC,效率> 98%,BOM和尺寸优化的参考设计。

· 具有失速电流限制的18 V / 400 W 98%高效紧凑型无刷直流电机驱动器参考设计。

· 24V,100W / 30W双传感器无刷直流电机驱动参考设计。

· 下载白皮书“电机驱动中的电子电气:在何处?”

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