從離散到集成，電機(jī)驅(qū)控的三大選擇
目前電機(jī)控制一般分成電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC，柵極驅(qū)動(dòng)器IC加上MOS/IGBT這些功率器件。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC以小型化，高性能，高功率高壓為方向發(fā)展，柵極驅(qū)動(dòng)器IC則半橋，三相橋以及隔離系列為主。這三部分每個(gè)部分在市面上都有很多產(chǎn)品，但在電機(jī)領(lǐng)域的玩法從產(chǎn)品組合上看無外乎“離散”，“智能集成”以及“功率集成”這三種。
離散型驅(qū)控方案
這種“離散”型的組合方式，即各個(gè)器件部分都是分立的，從MCU到柵極驅(qū)動(dòng)器到MOS。這種離散的組合方式很好理解，屬于入門級(jí)的玩法。三個(gè)組合部分相互分立，保證了各個(gè)部分的靈活性，比如功率管有新的型號(hào)可以直接進(jìn)行替換，整體的方案不需要大改動(dòng)。
這種驅(qū)動(dòng)組合方案對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，BDC以及三相無刷直流電機(jī)可以提供拓展性很高的產(chǎn)品組合。上圖就是一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的離散實(shí)現(xiàn)。每個(gè)繞組的自由端子分別連接獨(dú)立功率開關(guān)，電流沿一個(gè)方向在電機(jī)繞組中流動(dòng)。二極管用于鉗位關(guān)斷時(shí)開關(guān)兩端的電壓。
這種玩法的弱勢(shì)之處顯而易見，分立的器件無法做到高集成度和高緊湊性。這會(huì)使得PCB的空間占比很高。
智能集成型驅(qū)控方案
智能集成指的是將MCU與柵極驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行集成，成為一個(gè)整體的模塊。集成后的模塊與功率器件配合完成電機(jī)的驅(qū)控。
這種集成方式應(yīng)該是最節(jié)省PCB空間的方式，從ST的STSPIN32來看這種高集成度大約節(jié)約了80%的空間，同時(shí)在電路上復(fù)雜度也會(huì)降低不少。
（STSPIN32系列，ST）
以STSPIN32F0A為例，該器件有三個(gè)半橋式柵極驅(qū)動(dòng)，電流容量為600mA，能夠驅(qū)動(dòng)功率MOSFETs或IGBT。器件內(nèi)部的3.3V DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器可為MCU和外部元件供電，而其內(nèi)部的LDO線性穩(wěn)壓器則可為柵極驅(qū)動(dòng)器供電。還有很多額外的集成選擇，集成運(yùn)算放大器可用于信號(hào)調(diào)節(jié)，集成可編程閾值的比較器可實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)功能。
這種集成模式的缺點(diǎn)就在于，在MCU的選擇上很有限，就STSPIN32這個(gè)系列而言ST也就出了兩款低壓和一款高壓的選擇。這種集成模式一般都用于高級(jí)BLDC控制。
功率集成型驅(qū)控方案
最后這一種玩法也就是將柵極驅(qū)動(dòng)器與功率管進(jìn)行集成。這種集成方式也會(huì)大幅節(jié)省PCB空間，雖然不及MCU＋柵極驅(qū)動(dòng)集成節(jié)省80%的空間那么大，做到節(jié)省60%還是沒問題的。這種集成雖然沒有了在MCU選擇上的限制，但是相應(yīng)的，在電源設(shè)備選擇上就不那么靈活了。同時(shí)，功率集成的成本在這些玩法中是最高的。
（功率集成板，ST）
PWD5F60就是集成了柵驅(qū)動(dòng)器和雙半橋四個(gè)N通道功率MOSFETs功率集成器件。從這個(gè)器件的性能來說，集成功率MOSFET具有1.38Ω的RDS(ON) 和600 V漏極—源極擊穿電壓，自舉二極管則提供上橋臂的柵極驅(qū)動(dòng)。這種器件的高集成度可以在狹小的空間內(nèi)有效地驅(qū)動(dòng)負(fù)載。一般這種功率集成器件都會(huì)在下部和上部驅(qū)動(dòng)部分都具有UVLO保護(hù)功能, 可防止電源開關(guān)在低效率或危險(xiǎn)條件下工作。
犧牲電源設(shè)備的選擇靈活性，以及功率集成帶來的高昂成本，這種玩法帶來的是極領(lǐng)先的EMI性能。
寫在最后
這三種模式覆蓋了從MCU到柵極驅(qū)動(dòng)器到功率管的分立以及集成玩法，各玩法的優(yōu)勢(shì)都很突出，而相應(yīng)的劣勢(shì)在對(duì)比下也極為明顯。如何根據(jù)電機(jī)應(yīng)用方向從設(shè)計(jì)上選取匹配的玩法才是控制上最優(yōu)的選擇。
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