隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，市場對于電機(jī)驅(qū)動(dòng)提出了三大新的要求：更安全，即要求運(yùn)行穩(wěn)定、故障率低；更環(huán)保，即高效率、低功耗；更智能，擁有先進(jìn)算法、易于使用。針對此三大需求，德州儀器(TI)近期舉行“2014 TI工業(yè)應(yīng)用研討會”，全面展示了TI在工業(yè)產(chǎn)品領(lǐng)域這三方面均領(lǐng)先的優(yōu)勢及解決方案，尤其包括今年推出的DRV10983等一系列電機(jī)驅(qū)動(dòng)器新品。
 

 

TI過去在電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域有超過15年的經(jīng)驗(yàn)，累計(jì)產(chǎn)品銷售超過10億顆，廣泛應(yīng)用于硬盤、光驅(qū)、噴墨打印機(jī)、汽車、工業(yè)等領(lǐng)域?？紤]到過于分散的事業(yè)部架構(gòu)以及大有可為的廣泛市場，2010年，TI集合所有事業(yè)部的馬達(dá)部分成立了新的電機(jī)驅(qū)動(dòng)事業(yè)部(MDBU)，開始進(jìn)軍大眾市場。目前其產(chǎn)品包括從步進(jìn)電機(jī)到有刷、無刷、螺線管驅(qū)動(dòng)，到霍爾元器件傳感器的整個(gè)系列。

 

應(yīng)該說高度整合的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案將是未來的一個(gè)必然趨勢，而TI成立MDBU之際也考量諸多，最后統(tǒng)一了思想，堅(jiān)定了做高度集成解決方案的路線。TI認(rèn)為，相比當(dāng)前離散的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，集成方案更加穩(wěn)定、更環(huán)保、更智能，在一些對體積和安全性要求較高的領(lǐng)域已經(jīng)獲得應(yīng)用。

 

“很簡單，驅(qū)動(dòng)器、MOS管、保護(hù)電路、控制開關(guān)、算法全部集中在一起的好處非常多。”TI中國區(qū)市場開發(fā)高性能模擬產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理信本偉表示，顯而易見的好處包括：1、有效減小PCB尺寸，縮減BOM；2、高集成度能有效提升可靠性、安全性；3、無需分立方案設(shè)計(jì)。

 

“對于電機(jī)而言，尤其是用于工業(yè)或汽車領(lǐng)域的電機(jī)產(chǎn)品，對可靠性要求非常高，因此我們在整個(gè)設(shè)計(jì)里，基本上能在市面上看到的保護(hù)電路我們?nèi)慷技闪?。盡管增加了部分成本，但產(chǎn)品安全性也會非常高。”他說道，“拿日常生活中較為常見的卷發(fā)棒來說，曾經(jīng)有客戶不做擊穿保護(hù)，結(jié)果擊穿后馬達(dá)死鎖，盡管電流不會傳到手上，但頭發(fā)卻卷在上面拿不下了。”

 

信本偉還強(qiáng)調(diào)，與離散元器件方案相比，集成IC的優(yōu)勢還有抗干擾能力強(qiáng)。眾所周知，每個(gè)離散元器件的精度不一樣，在大規(guī)模生產(chǎn)、元器件采購的時(shí)候誤差率會導(dǎo)致較高的漂移率，而集成IC的一致性會更好。

 

 

信本偉表示，TI萬全的保護(hù)方案包括過流/短路保護(hù)、過熱保護(hù)、欠壓閉鎖以及擊穿保護(hù)。對于過電流保護(hù)，信本偉指出，很多人認(rèn)為做一個(gè)線圈之間的保護(hù)，電源便短路了，但實(shí)際上仍有電流，而TI對地、電源及線圈之間的短路等情況都設(shè)有過流保護(hù)。此外，TI一般都包括另外一個(gè)保護(hù)電路ILIMIT，通過減小功率管的門級電壓，其電源漏極電阻會增加，限制通過電流，TI還設(shè)有單管保護(hù)。他說：“每個(gè)功率管實(shí)際都需要單獨(dú)的保護(hù)機(jī)制，同時(shí)需要能迅速對過流情況進(jìn)行反映，不能有誤判。”

短路保護(hù)方面，以TI DRV88xx而言，當(dāng)正常電流發(fā)生短路時(shí)，在400納秒會恢復(fù)到9A的回路電流，隨后在3微秒左右做出實(shí)時(shí)反應(yīng)，避免器件燒毀。“如果超過了15微秒，保護(hù)便失去了意義，因此關(guān)斷必須在10~15微秒之內(nèi)。”他說。

 

欠壓閉鎖方面，芯片會自行持續(xù)監(jiān)測供電電壓值，當(dāng)電壓過低時(shí)輸出端被設(shè)置成高阻抗?fàn)顟B(tài)，確保H橋接正常運(yùn)作狀態(tài)，否則會導(dǎo)致短路燒毀。

 

擊穿保護(hù)方面，同一個(gè)半橋的上低側(cè)絕不允許同時(shí)打開，為了避免此現(xiàn)象的發(fā)生，高側(cè)關(guān)斷和低側(cè)導(dǎo)通之間人為的增加一段延時(shí)(停滯時(shí)間)。停滯時(shí)間越長H橋接的運(yùn)作越安全，但同時(shí)線性度和效率也越差。“現(xiàn)在國家非常關(guān)注能效比，而交流電機(jī)的線性度非常差，且效率低于10%，未來直流電機(jī)將成趨勢。”他說。

 

熱關(guān)斷方面，過度發(fā)熱、熱沉不足、環(huán)境溫度過高等都可能對芯片造成損害，因此芯片內(nèi)部放置了多個(gè)熱感應(yīng)器來持續(xù)監(jiān)控溫度，當(dāng)芯片溫度上升到過熱的閥值時(shí)，H橋接將被設(shè)置成高阻，也就是熱關(guān)斷。信本偉表示：“TI在部分產(chǎn)品會增加預(yù)判，一般預(yù)判溫度會比熱關(guān)斷閥值低大概20~30度左右。”

 

先進(jìn)工藝與低功耗

 

領(lǐng)先的生產(chǎn)工藝可以使IC內(nèi)阻降低，從而擁有低功耗等諸多優(yōu)勢。TI的先進(jìn)工藝技術(shù)主要有賴于兩種技術(shù)，一是超低功耗RDSON技術(shù)，可以將IC內(nèi)阻做到100毫歐以下，而競爭對手的往往在200毫歐以上。

 

二是有效的散熱封裝PowerPAD，它的底部通過裸焊盤散熱，因此可以幫助用戶節(jié)省散熱片設(shè)計(jì)。與其他互相接腳兼容的產(chǎn)品對比，DRV8818的溫度顯著降低30%以上，成為溫度最低的細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

 

先進(jìn)算法護(hù)航打造優(yōu)勢

 

此外，通過Kilby電機(jī)實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)算法，加上工業(yè)界的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，以及與大學(xué)緊密合作，TI已經(jīng)大大提升了集成方案的智能性。

 

信本偉表示，大多數(shù)步進(jìn)電機(jī)存在過零失真及電感放電失真等問題，而TI集成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，將MCU集成到電機(jī)內(nèi)部，所有的運(yùn)動(dòng)性能皆受控制，因此會非常平滑均勻，且整個(gè)控制接口會非常簡單。目前TI的DRV10系列在市場上應(yīng)用非常廣泛。

 

“最新一代的24V三相位無傳感器BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器DRV10983已經(jīng)投入量產(chǎn)。”他說，主要用于制冷風(fēng)扇、屋頂風(fēng)扇和吹風(fēng)機(jī)等產(chǎn)品。例如傳統(tǒng)的排氣扇功耗很高，采用24V的三相無傳感器的電機(jī)，一是電機(jī)本身成本并沒有提升，而且能效控制非常好。此外還可以做無極調(diào)速，并可以提供詳細(xì)的運(yùn)行報(bào)告，目前已經(jīng)有客戶在大規(guī)模應(yīng)用。