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八款最受欢迎的电机驱动开发板大盘点

发布时间:2022-06-08    阅读:1 次

  作为将电能转换为机械能的装置,电机种类丰富、用途广泛,在工业、汽车、农业、办公、家电等场景中随处可见。以新能源汽车电控系统中采用的电机为例,便会涉及到直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机四大类。

  自1831年英国物理学家、化学家法拉第发明真正意义上的第一台电机,至今已有近200年的历史,电机行业的重心也由直流有刷电机和交流异步电机转移到永磁同步电机和直流无刷电机。凭借高效、高功率因数、高可靠性、温升低、体积小等诸多优点,永磁同步电机在诸多领域得到了广泛应用,包括航空航天、石油冶金、工农业和医疗器械等领域;直流无刷电机则具有效率高、寿命长、结构简单、运行可靠、维护方便等突出优势,在家用电器、办公设备、工业设备和医疗设备等领域形成规模应用,并具有很大的市场潜力等待大家深入挖掘。

  技术的进步推动市场向前高速发展,根据市场研究机构Grand View Research的统计数据,2020年全球电机市场销售规模已经达到1505亿美元,从2020年至2027年全球电机市场销售规模有望以6.4%的年复合增长率继续攀升,到2027年达到2325亿美元。

  对于电机应用而言,除了需要挑选适合的电机类型,驱动控制电路同样很重要,一般由主处理器、增量型编码器和驱动芯片组成,是电机提升能效的关键所在,技术和产品的先进程度与节能减排水平直接挂钩。因此,如果能找到一款合适的电机驱动芯片,便能够在开发效率、系统能效、集成度和可靠性等多方面助力电机方案的设计。

  话不多说,我们来看看贸泽电子为电机开发人员精心准备的大礼包——八款主流电机驱动芯片大盘点,这些来自知名厂商的创新电机驱动方案,不仅类型丰富且各具优势,是设计电机相关应用的优中之选。

  TB9058FNG是符合AEC-Q100标准的汽车直流伺服电机驱动器,能够测量当前电机位置,控制电机旋转,并确保旋转到目标位置。

  图3是该驱动器的内部框图,该驱动器基于本地互连网(LIN)1.3协议规范,能够以19200bps / 9600bps / 4800bps / 2400bps通讯速率与LIN总线进行数据通讯,最多可连接16个设备作为单个总线上的从设备。

  TB9058FNG的工作电源电压范围为7V至18V,待机电流消耗≤10µA,当器件唤醒前,考虑到振荡稳定所需的时间,预计将至少需要等待10ms才能开始接收数据。

  该驱动器拥有出色的保护功能,包括增强的校验功能,±1.5A驱动器短路保护,以及过温过压保护电路等。

  MC33HB2000AES是SMARTMOS单片半桥IC,是采用ISO 26262流程设计的H桥电机驱动器,符合AEC-Q100 1级标准,能够满足严格要求的汽车应用需求,包括电子节气门控制,废气再循环(EGR)控制,涡轮、漩涡和旋转以及废物挡板控制,电动泵、电机控制和配件。

  MC33HB2000AES工作电压范围为5V至28V,能够控制峰值电流大于10A的电感负载,标称连续平均负载电流为3A,通过误差小于5%的电流镜输出信号提供高精度的实时电流反馈。

  图5是这款电源IC的功能框图。此驱动器提供了通过由低RDS(on)N沟道MOSFET和集成控制电路组成的单片H桥,高效驱动直流电机正向和反向轴旋转的方法。H桥的开关动作可以进行脉宽调制以获得扭矩和速度控制,从0.25V/μs到16V/μs分八步选择,让用户可以灵活地满足EMI要求并最大限度地减少开关损耗。输出包括配置为标准H桥的四个功率MOSFET,由IN1和IN2输入控制。

  MC33HB2000AES提供多项安全和保护功能,包括电荷泵欠压、过压和VPWR欠压,接地短路和VPWR短路(每路输出),开路负载、温度警告和过热关断。同时,该电源IC具有很好的可扩展性,SPI可编程电流限制和压摆率允许为各种电机尺寸使用相同的电机驱动器。

  MAX22203是一款65V、3.8A双通道有刷或单通道步进电机驱动器,可用于驱动两个有刷直流电机或单个步进电机。该器件内设有两个H桥,最大工作电压为65V。每个H桥均可单独控制,具有0.3Ω的极低典型RON(高侧+低侧),从而实现高驱动效率,降低发热量。

  该器件的一大亮点是桥式输出电流由非耗散型电流检测电路(ICs)进行检测,与可配置阈值电流(ITRIP)相比,无需通常需要的外部功率电阻器。通过将外部电阻器连接到REFA和REFB引脚,ITRIP阈值可独立设置为两个全桥。

  诸多保护特性是MAX22203的另一大亮点,包括过流保护(OCP)、热关断(TSD)和欠压闭锁(UVLO)。每当检测到故障状态时,便激活开漏低电平有效nFAULT引脚。在热关断和欠压闭锁期间,驱动器处于三态,直至恢复正常工作。

  此外,MAX22203集成电流驱动调节(CDR),电流检测外部控制器可出于各种原因使用CDR引脚,如下图7展示了当电机向前旋转且DIN2保持在高电平(情况A)或DIN2切换时(情况B和C),CDR功能的具体行为。比如,引脚占空比可用于检测停顿条件。

  MAX22203可用于有刷直流电机驱动器、步进电机驱动器、电磁驱动器、锁存阀。

  IM818LCCXKMA1是一款全隔离双列直插式CIPOS Maxi 1200V、15A三相智能电源模块,采用DIP 36x23D封装,为电机驱动应用提供全功能的紧凑型逆变器解决方案,可用于控制变速驱动应用中的三相交流电机和永磁电机,包括工业驱动、风扇和泵、HVAC室外风扇、有源滤波器等。

  IM818LCCXKMA1基于1200V TRENCHSTOP IGBT技术打造,显著提高了器件的静态和动态性能。同时,这种IGBT技术与器件内部的软恢复发射极控制二极管一起降低了导通损耗,给系统效率带来明显提升。

  CIPOS Maxi IPM设计让IM818LCCXKMA1堪称高性能和高性价比之选,集成了各种电源和控制组件,以提高可靠性、优化PCB尺寸和系统成本。当工程师朋友的设计方案格外重视功率密度时,IM818LCCXKMA1无疑是理想的选择,CIPOS Maxi IPM设计实现了1200V IPM级别的超小封装,能够在模块和系统方面提升功率密度,在尺寸和性能方面都不妥协。

  IM818LCCXKMA1提供出色的保护能力,包括过流关断、相电流监控、温度监控和欠压闭锁功能等,再结合DCB基板出色的热性能,特别适合用于需要良好散热性能和电气隔离、较强EMI控制能力以及过载保护的电源应用。在此重点解读一下过流关断和欠压闭锁功能。

  IM818LCCXKMA1具有SCSOA(短路安全工作区)性能,如图9所示,如短路时间小于16.0μs,IGBT就有安全关断的能力。在这种情况下,IGBT可以在17.5V的控制电源电压下关闭峰值约为46.8A的SC电流(非重复)。

  IM818LCCXKMA1通过掩埋氧化硅层提供坚固型1200V SOI栅极驱动器技术,并可以防止相邻器件之间的泄漏或闭锁电流,防止闩锁效应,从而提高鲁棒性。这种适用于6个开关的保护技术能够在欠压锁定或过压等故障情况下关闭所有6个开关。

  此外,如图10所示,IM818LCCXKMA1集成IGBT、二极管、栅极驱动器IC和热敏电阻,并通过超紧凑的占地面积,适用于空间受限的工业应用。

  NCD57084是一款高电流单通道IGBT栅极驱动器,具有2.5kVrms内部电流隔离,专为高功率应用中的高系统效率和可靠性而设计。该驱动器在窄体SOIC8封装中包括具有软关断和故障报告功能的电流检测功能。

  NCD57084具有低输出阻抗,用于增强型IGBT驱动,提供3.3V至20.0V宽输入偏置电压范围和信号电平,以及高达30.0V宽输出偏置电压范围,支持+7A/-7A高峰值输出电流。通过图12能够看出,该器件传播延迟时间短,可以做到精准匹配。UVLO阈值小,能够实现偏置灵活性。

  NCD57084设计用于在大功率应用中实现高系统效率和可靠性,拥有多项保护机制,包括短路期间的IGBT栅极钳位、IGBT过流时软关闭、2.5kVrms电流隔离、高瞬态抗扰度、高电磁抗扰度等,可用于电机控制、不间断电源(UPS)、工业电源、暖通空调、工业用泵和风扇等领域。

  图14是该MCU的功率域概览,提供48MHz至96MHz小数数字锁相环(FDPLL)、上电复位(POR)和掉电检测(BOD)等功能。此外,还搭载包括一个16位Σ-Δ模数转换器(SDADC)、两个12位1Msps模数转换器(ADC)、一个10位350ksps数模转换器(DAC)以及两个模拟比较器(AC)等高级模块。

  在电机控制方面,该MCU提供两个24位定时器/计数器和一个16位定时器/计数器(TCC),扩展功能包括:

  DRV8300NIPWR是100V三相半桥栅极驱动器,每个半桥栅极驱动器均可驱动高侧和低侧N通道功率MOSFET,使用集成式自举二极管和外部电容器为高侧MOSFET生成正确的栅极驱动电压。应用领域包括电动自行车,电动踏板车和电动交通,风扇、泵和伺服驱动器,无刷直流(BLDC)电机模块和PMSM,无绳真空吸尘器,以及无人机、机器人和RC玩具等。

  在如图16所示的DRV8300NIPWR简化原理图中,GVDD用于为低侧MOSFET生成栅极驱动电压,栅极驱动架构支持峰值高达750mA的拉电流和1.5A的灌电流;支持反相和同相INLx输入;相位引脚SHx能够承受最高-22V的负瞬态电压;BSTx和GHx能够支持更高的正电压瞬变(115V)绝对最大电压,从而提高系统的鲁棒性;通过GVDD和BST欠压锁定为低侧和高侧提供欠压保护;通过DT引脚可调死区时间,用于QFN封装型号。

  此外,DRV8300NIPWR较小传播延迟和延迟匹配性能可大大降低死区时间要求,进一步提高了效率。

  STSPIN32G4是一款带STM32G4 MCU的电机控制器,用于驱动三相无刷电机。该器件具有高度集成、灵活的产品特性,嵌入三个半桥栅极驱动器,电流能力为1A(拉电流和灌电流);嵌入三个自举二极管;嵌入可编程降压稳压器,具有嵌入式功率MOSFET,可从电机电源电压VM开始为栅极驱动器生成电源电压;自带集成式MCU(STM32G431VBx3),工作频率高达170MHz;MCU内部还集成高速存储器(128kB闪存和32kB SRAM),以及具有多种保护机制和多达40引脚可用GPIO。

  因此,该器件可明显减少PCB面积和总体物料清单。得益于嵌入式灵活电源管理功能,该器件可自供电,可以从电机电源电压VM产生所需的所有电源,这是唯一从外部提供的电源。

  自带STM32G4 MCU是该电机控制器一大亮点,显著降低了电机应用的开发难度,并赋予方案智能化能力。这款MCU具有丰富、特定的功能,因此是高级电机控制应用的主流选择。同时,该处理器具有单精度浮点单元(FPU)、全套DSP(数字信号处理)指令和内存保护单元(MPU),支持运行性能非常卓越的电机控制算法,即使在极具挑战性的运动控制应用中,也能在合适控制选择方面提供出色的灵活性。

  在保护功能方面,STSPIN32G4得益于集成联锁功能,不能同时驱动相同半桥的高侧和低侧开关。另一个保护功能是硬件VDS监控电路,可连续监控六个外部MOSFET中的每一个。当在其中一个上检测到过压时,它会关闭所有栅极驱动器输出。过压阈值通过专用的SCREF引脚设置。

  出色的性能让STSPIN32G4可以广泛用于工业和家庭自动化,伺服驱动器和电动自行车,服务和自动化机器人,泵和风扇,以及无人机和航模等丰富场景。

  如果工程师朋友对这颗器件感兴趣,也可以通过ST提供的EVSPIN32G4演示板进行深入了解,贸泽电子上的制造商编号为EVSPIN32G4。

  该演示板包括STSPIN32G4系统和STL110N10F7功率MOSFET。得益于集成的稳压器,栅极驱动器和控制逻辑电源均可从电机电源开始生成,无需专用电路,能够便捷全面地了解STSPIN32G4这款MCU。

  丰富的接口资源是EVSPIN32G4演示板的一大优势,拥有多达40个GPIO。同时,为了更好地适配算法,该板可配置为三分流或单分流结构,支持无传感器和基于传感器的控制算法。

  上述八款电机驱动芯片可谓是各有所长,无论是面向产品迭代迅速的消费电子领域,还是使用条件极其复杂的工业领域,或者是对产品品质要求更严苛的汽车领域,都能够找到适合的方案,帮助快速打造具有市场竞争力的电机驱动方案。