隨著技術的不斷發(fā)展，市場對于電機驅動提出了三大新的要求：更安全，即要求運行穩(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)應用研討會”，全面展示了TI在工業(yè)產(chǎn)品領域這三方面均領先的優(yōu)勢及解決方案，尤其包括今年推出的DRV10983等一系列電機驅動器新品。
 

 

TI過去在電機驅動領域有超過15年的經(jīng)驗，累計產(chǎn)品銷售超過10億顆，廣泛應用于硬盤、光驅、噴墨打印機、汽車、工業(yè)等領域。考慮到過于分散的事業(yè)部架構以及大有可為的廣泛市場，2010年，TI集合所有事業(yè)部的馬達部分成立了新的電機驅動事業(yè)部(MDBU)，開始進軍大眾市場。目前其產(chǎn)品包括從步進電機到有刷、無刷、螺線管驅動，到霍爾元器件傳感器的整個系列。

 

應該說高度整合的電機驅動方案將是未來的一個必然趨勢，而TI成立MDBU之際也考量諸多，最后統(tǒng)一了思想，堅定了做高度集成解決方案的路線。TI認為，相比當前離散的電機驅動方案，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域已經(jīng)獲得應用。

 

“很簡單，驅動器、MOS管、保護電路、控制開關、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、無需分立方案設計。

 

“對于電機而言，尤其是用于工業(yè)或汽車領域的電機產(chǎn)品，對可靠性要求非常高，因此我們在整個設計里，基本上能在市面上看到的保護電路我們全部都集成了。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，結果擊穿后馬達死鎖，盡管電流不會傳到手上，但頭發(fā)卻卷在上面拿不下了。”

 

信本偉還強調，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。眾所周知，每個離散元器件的精度不一樣，在大規(guī)模生產(chǎn)、元器件采購的時候誤差率會導致較高的漂移率，而集成IC的一致性會更好。

 

 

信本偉表示，TI萬全的保護方案包括過流/短路保護、過熱保護、欠壓閉鎖以及擊穿保護。對于過電流保護，信本偉指出，很多人認為做一個線圈之間的保護，電源便短路了，但實際上仍有電流，而TI對地、電源及線圈之間的短路等情況都設有過流保護。此外，TI一般都包括另外一個保護電路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還設有單管保護。他說：“每個功率管實際都需要單獨的保護機制，同時需要能迅速對過流情況進行反映，不能有誤判。”

短路保護方面，以TI DRV88xx而言，當正常電流發(fā)生短路時，在400納秒會恢復到9A的回路電流，隨后在3微秒左右做出實時反應，避免器件燒毀。“如果超過了15微秒，保護便失去了意義，因此關斷必須在10~15微秒之內。”他說。

 

欠壓閉鎖方面，芯片會自行持續(xù)監(jiān)測供電電壓值，當電壓過低時輸出端被設置成高阻抗狀態(tài)，確保H橋接正常運作狀態(tài)，否則會導致短路燒毀。

 

擊穿保護方面，同一個半橋的上低側絕不允許同時打開，為了避免此現(xiàn)象的發(fā)生，高側關斷和低側導通之間人為的增加一段延時(停滯時間)。停滯時間越長H橋接的運作越安全，但同時線性度和效率也越差。“現(xiàn)在國家非常關注能效比，而交流電機的線性度非常差，且效率低于10%，未來直流電機將成趨勢。”他說。

 

熱關斷方面，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，因此芯片內部放置了多個熱感應器來持續(xù)監(jiān)控溫度，當芯片溫度上升到過熱的閥值時，H橋接將被設置成高阻，也就是熱關斷。信本偉表示：“TI在部分產(chǎn)品會增加預判，一般預判溫度會比熱關斷閥值低大概20~30度左右。”

 

先進工藝與低功耗

 

領先的生產(chǎn)工藝可以使IC內阻降低，從而擁有低功耗等諸多優(yōu)勢。TI的先進工藝技術主要有賴于兩種技術，一是超低功耗RDSON技術，可以將IC內阻做到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)省散熱片設計。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，成為溫度最低的細分步進電機驅動器。

 

先進算法護航打造優(yōu)勢

 

此外，通過Kilby電機實驗室的先進電機驅動算法，加上工業(yè)界的現(xiàn)實應用，以及與大學緊密合作，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)步進電機存在過零失真及電感放電失真等問題，而TI集成的電機驅動，將MCU集成到電機內部，所有的運動性能皆受控制，因此會非常平滑均勻，且整個控制接口會非常簡單。目前TI的DRV10系列在市場上應用非常廣泛。

 

“最新一代的24V三相位無傳感器BLDC電機驅動器DRV10983已經(jīng)投入量產(chǎn)。”他說，主要用于制冷風扇、屋頂風扇和吹風機等產(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，一是電機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速，并可以提供詳細的運行報告，目前已經(jīng)有客戶在大規(guī)模應用。