從硬盤驅(qū)動器走出來的TI電機驅(qū)動技術

故事還要從硬盤的衰落說起。對于硬盤制造商來說，硬盤驅(qū)動器的衰落是件壞事;但對于更多采用電機的設備廠商來說，這卻是件好事：因為擁有雄厚電機驅(qū)動技術的TI公司再也不能靠硬盤驅(qū)動器吃得飽飽的了。過去，TI只為硬盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器、噴墨打印機、數(shù)碼相機等大型廠商定制生產(chǎn)電機驅(qū)動器?，F(xiàn)在，為“昔日王謝”們特供的技術開始走進“尋常百姓”的小廠家了。

近日，TI公司馬達驅(qū)動產(chǎn)品線應用工程師左巍博士向媒體介紹了TI的電機驅(qū)動技術。左博士介紹說，TI的電機驅(qū)動器系列包括步進電機驅(qū)動、有刷直流電機驅(qū)動、無刷直流電機驅(qū)動、螺線管驅(qū)動和霍爾效應傳感器IC，其應用范圍涵蓋從低端的玩具到高端的工業(yè)設備等各種設備。左博士說，TI的電機驅(qū)動技術優(yōu)勢明顯，總體可概括為：更安全、更環(huán)保、更智能。

安全可靠

左博士說，高集成度和全面的保護功能使得TI的電機驅(qū)動器非常安全可靠。

高集成度

TI電機驅(qū)動器的高集成度提升了器件的可靠性，同時減小了PCB尺寸并縮減了BOM。為實現(xiàn)同等功能，離散方案需要超過100個器件：數(shù)字門電路、放大器、LDO、溫度傳感器和保險絲。TI高度整合的解決方案不僅節(jié)約了成本，而且大幅提高了電路的可靠性。

全面保護

TI電機驅(qū)動器件的全面保護功能提升了系統(tǒng)的安全性，包括過流/短路保護、過熱保護、欠壓閉鎖和擊穿保護。

過電流保護：驅(qū)動器IC與地、電源或線圈之間的短路等情況都需要過流保護。不同于電流調(diào)節(jié)電路，TI的產(chǎn)品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，從而限制通過的電流。每個功率管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，又不能有誤判。下圖所示為DRV88xx完全短路時的保護情況。

欠壓閉鎖：芯片自行持續(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)。

擊穿保護：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。

熱關斷：過度發(fā)熱、散熱不足、環(huán)境溫度過高等都可能對芯片造成損害。芯片內(nèi)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，微步進細分也被重置-熱關斷。有些產(chǎn)品在熱關斷之前可以先進行預判，預判溫度一般比熱關斷閥值低20~30 C°。

節(jié)能環(huán)保

TI采用先進的制造工藝，實現(xiàn)超低的導通電阻(RDSON)，最低達到至1毫歐。此外，休眠模式和超高效的PWM及死區(qū)時間幫助TI的電機驅(qū)動芯片實現(xiàn)了高效率、低功耗。

除了節(jié)能，低功耗還減輕了芯片的散熱壓力。在此之上，TI獨有的PowerPAD散熱封裝使得芯片可以通過裸焊盤散熱，熱量可以通過多層PCB板散出，這樣就無需散熱片，因而器件尺寸更小、可靠性更高。據(jù)稱，DRV8818是溫度最低的細分步進電機驅(qū)動器。相比其他互相接腳兼容的產(chǎn)品，DRV8818的溫度要低過30%。

算法智能

無刷直流電機因其運行時不產(chǎn)生火花和壽命長的優(yōu)點得到越來越廣泛的應用。通常的直流無刷電機需要霍爾傳感器來判斷轉(zhuǎn)子的位置以實現(xiàn)換向。但位置傳感器增加了電機的成本和體積。TI公司開發(fā)的無傳感器無刷直流電機驅(qū)動器利用反向電動勢來判斷轉(zhuǎn)子的位置，在很多應用場合下可以替代有傳感器的電機。

無傳感器的無刷直流電機驅(qū)動技術需要先進的算法來實現(xiàn)。TI公司多年以來投入大量資源來進行電機驅(qū)動算法的開發(fā)。2009年，TI公司成立了Kilby電機實驗室，與大學、客戶合作開發(fā)新的電機驅(qū)動算法在工業(yè)界的現(xiàn)實應用。

左博士特別向我們展示了TI的三相無刷直流電機180°驅(qū)動技術。如下圖所示，該技術使得電機能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)的扭矩輸出。

TI的智能算法另外表現(xiàn)在對步進電機的驅(qū)動上。以2.2A低電壓內(nèi)建整合1/32細分索引步進電機驅(qū)動器DRV8834為例，其動態(tài)消隱時間最優(yōu)化過零失真，可變混合電流衰減比例最優(yōu)化放電失真。其更小的失真意味著更小的轉(zhuǎn)矩漣波，從而實現(xiàn)更平滑的電機運轉(zhuǎn)。