无刷直流电机驱动芯片的简单介绍

全面认知·无刷直流电机驱动芯片

无刷电机驱动芯片是控制无刷直流电机（BLDC）运行的核心组件，负责将微控制器（MCU）的控制信号转换为驱动电机的功率信号，同时实现电机的调速、换相及保护等功能。

工作原理

基本结构

无刷直流电机主要由定子和转子组成，定子上绕有三相线圈，转子为永磁体。驱动芯片通过控制定子线圈的通电顺序和电流大小，产生旋转磁场，推动转子转动。

换相控制

依赖霍尔传感器检测转子位置，或通过反电动势检测等无传感器技术，确定转子位置，按照特定的换相时序（如 U→V→W）导通三相线圈，实现电机的连续转动。

PWM 调速

驱动芯片接收 PWM 信号，通过改变 PWM 波的占空比，调节电机绕组两端的平均电压，从而实现对电机转速的控制，占空比越大，电机转速越快。

功能特点

功率放大

将微控制单元（MCU）输出的微弱逻辑信号放大为足以驱动无刷直流电机的功率信号，为电机提供所需的电流和电压。

保护功能

具备过流保护、过压保护、欠压保护、过热保护、短路保护、堵转保护等，防止芯片和电机在异常情况下损坏，提高系统的可靠性和稳定性。

自举升压

一些驱动芯片内部集成自举升压电路，用于驱动高侧 MOS 管，无需外部单独的电源，简化了电路设计。

多种控制接口

支持模拟信号控制、PWM 控制、I²C 总线控制等多种控制方式，方便与不同的主控芯片连接，实现灵活的控制。

主要参数

工作电压范围

芯片能够正常工作的电压区间，需要与电机的供电电压相匹配，常见的电压范围从几伏到几十伏不等，如 4.7V 至 36V。

输出电流能力

包括持续输出电流和峰值输出电流，持续输出电流是芯片能够长时间稳定提供的电流，峰值输出电流是在短时间内（如启动瞬间）能够承受的最大电流，需要根据电机的额定电流和启动电流来选择合适的芯片，一般要求持续输出电流大于电机额定电流。

PWM 频率范围

芯片支持的 PWM 信号频率范围，不同的应用场景可能需要不同的 PWM 频率，较高的频率可以使电机运行更平稳，但也可能增加芯片的功耗，常见的频率范围在几百 Hz 到几十 kHz 之间。

开关速度

反映了芯片内部功率器件（如 MOS 管）的导通和关断速度，开关速度越快，电机的响应速度越快，能量损耗也相对较小，但同时也可能产生较高的电磁干扰。

分类

按驱动相数

可分为三相驱动芯片和多相驱动芯片，三相驱动芯片适用于常见的三相无刷直流电机，多相驱动芯片则用于一些特殊要求的高功率或高精度电机系统。

按控制方式

有传感器控制芯片和无传感器控制芯片。有传感器控制芯片通过霍尔传感器等获取转子位置信息，控制精度较高；无传感器控制芯片则通过反电动势检测等算法来估算转子位置，成本较低，且减少了传感器带来的可靠性问题。

按集成度

可分为高集成度芯片和低集成度芯片。高集成度芯片内部集成了较多的功能模块，如功率 MOS 管、驱动电路、控制电路、保护电路等，外围电路简单，使用方便，但灵活性相对较差；低集成度芯片通常只包含基本的驱动电路，需要外接较多的元件来实现完整的功能，灵活性较高，但设计复杂度也相应增加。

典型芯片介绍

GC4931P：一款专为三相无刷直流电机设计的预驱动芯片，能够驱动 N 型功率 MOSFET，支持 4.7V 至 36V 的宽电压范围，低功耗同步整流功能降低了功耗，集成了过温、过压、低压、堵转锁定等多种保护机制，工作温度范围为 - 40℃至 110℃，采用 5mmx5mm QFN 28 脚封装，底部设有散热片，适用于电动工具、家用电器和工业自动化设备等领域。

PT2513B:一款整合的三相无传感器 BLDC 马达驱动芯片, 具有进阶保护功能,包括软启动电路、热关断、堵转保护和输出电流限制。PT2513A/B 采用弦波电流控制来降低运转的电磁噪声，适合使用于需要高效率的风扇马达驱动。在速度控制接口上，PT2513A 支持开环；PT2513B 除开环控制外, 也可透过设定达成闭环控制。PT2513A/B 采用 BCD 制程，使用上仅需单一 VDD 电源，其周边仅需几个零件。芯片封装为带底部散热的 HTSSOP20，可实现出色的能效，使其成为紧凑型、低成本、无传感器 BLDC 马达驱动的理想解决方案。

AM2355N:是一款三相无传感器直流风扇电机驱动集成电路。它感应电机旋转时的反电动势，并向电机提供相应的换向电流。转速可由PWM输入信号控制。驱动程序包括锁定检测、热关机和过电流保护。正向和反向控制。

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