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用于工業(yè)自動化的無刷直流電機(jī)

發(fā)布時間:2022-12-30 來源:Onsemi 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】工業(yè)或工廠自動化是 BLDC 電機(jī)在工業(yè)細(xì)分領(lǐng)域增長最快的終端應(yīng)用之一。隨著工廠從更傳統(tǒng)的有刷或步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向 BLDC發(fā)展,以獲得更高的效率和性能,對三相柵極驅(qū)動器的需求也在增長。在工廠機(jī)器人和協(xié)作機(jī)器人等終端應(yīng)用設(shè)計中會使用多個電機(jī)。


NCD83591是一款60 V、3相柵極驅(qū)動器,專為無刷直流(以下簡稱“BLDC”)電機(jī)應(yīng)用而設(shè)計,集成了三個獨(dú)立的半橋驅(qū)動器和一個檢測放大器,以提供簡單易用的柵極驅(qū)動器。該方案憑借其小封裝尺寸和柵極驅(qū)動架構(gòu)提供高功率密度且易于使用,是工業(yè)應(yīng)用的理想選擇。NCD83591的最大輸入電壓為60 V,提供了充足的裕量以驅(qū)動額定電壓通常在12至42 V的電機(jī),適用于大多數(shù)工業(yè)自動化應(yīng)用。再加上NCD83591具有工業(yè)客戶非常重視的高功率密度和易用性,為這些應(yīng)用提供了一個理想的方案。


功率密度


NCD83591 采用 4 mm x 4 mm QFN-28 封裝,包括一個集成、完全可配置的電流檢測放大器、一個下橋 14 V 穩(wěn)壓器和一個上橋電荷泵。該產(chǎn)品是業(yè)界尺寸最小的60 V、3相柵極驅(qū)動器,集成了至少一個檢測放大器。小巧的封裝尺寸和單個集成放大器為講究空間的應(yīng)用提供了完美的BLDC電機(jī)驅(qū)動方案。該產(chǎn)品支持客戶快速實施梯形換向來驅(qū)動電機(jī),同時最小化外部元件數(shù)以實現(xiàn)小的方案尺寸。與使用傳統(tǒng)的獨(dú)立半橋驅(qū)動器IC的分立方案相比,集成三相半橋驅(qū)動顯著縮小尺寸。


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圖 1:NCD83591 IC


易于使用-梯形電機(jī)控制


NCD83591柵極驅(qū)動器采用單個集成放大器,是梯形電機(jī)控制換向的理想產(chǎn)品。這種方法是工業(yè)市場上最常見的 BLDC 換向法,是最佳轉(zhuǎn)矩和設(shè)計簡單性之間的最佳平衡點。雖然磁場定向控制(FOC)和直接磁通控制(DFC)換向方法在更復(fù)雜的電機(jī)控制應(yīng)用中越來越受歡迎,但從易用性的角度來看,梯形換向仍是 12 至 40 V BLDC 工業(yè)市場的標(biāo)準(zhǔn)。


易于使用的恒流柵極驅(qū)動


柵極驅(qū)動架構(gòu)是使用NCD83591三相柵極驅(qū)動器的另一個優(yōu)勢。該產(chǎn)品實現(xiàn)了恒流柵極驅(qū)動,而不是傳統(tǒng)的恒壓柵極驅(qū)動。恒流驅(qū)動提供相同的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(電機(jī)相位繞組)轉(zhuǎn)換時間,但節(jié)省了串聯(lián)柵極電阻的成本,且驅(qū)動電路更小。無需串聯(lián)柵極電阻器也有助于防止自導(dǎo)通。有關(guān)更多詳細(xì)信息,請參見下面的圖 2。然而,恒流柵極驅(qū)動最顯著的優(yōu)點是IC能夠感測其驅(qū)動的FET的實際柵源(Vgs)電壓。柵極檢測功能使NCD83591在易用性方面脫穎而出,因為它可實現(xiàn)死區(qū)時間優(yōu)化和真正的交叉導(dǎo)通保護(hù)等好處。


死區(qū)時間通常被編程到MCU中,在關(guān)斷一個相位的FET后再導(dǎo)通另一個相位的FET。編程通常會預(yù)留額外的時間,以確保不會發(fā)生交叉導(dǎo)通,因為時序會隨溫度、電源和老化而變化。NCD83591能檢測柵源電壓,實現(xiàn)FET關(guān)斷之后,再導(dǎo)通同一相位中的對側(cè)FET。這就無需對MCU進(jìn)行死區(qū)時間編程,因為IC會處理,從而盡量減少脈寬調(diào)制(PWM)期間的死區(qū)時間,不受延遲影響。該產(chǎn)品還能檢測到為FET供電的外部故障,當(dāng)FET不應(yīng)使能時,就禁用同一相位中的對側(cè)FET來做出相應(yīng)的反應(yīng)。


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圖 2:恒流與恒壓柵極驅(qū)動


來源:Onsemi



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