集成智能――第1部分：EMI管理

智能集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和無刷直流(BLDC)電機(jī)可以幫助電動(dòng)汽車和新一代汽車變得更具吸引力、更可行及更可靠。

圖1所示為集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)器結(jié)合驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的一切要素，如場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)、柵極驅(qū)動(dòng)器和狀態(tài)機(jī)。集成避免了電線從電子控制單元(ECU)到電機(jī)的布線距離過長(zhǎng)，并還具有更小印刷電路板(PCB)尺寸和更低整體系統(tǒng)成本的優(yōu)點(diǎn)。

BLDC電機(jī)在汽車應(yīng)用中提供的優(yōu)勢(shì)包括效率、緊湊的尺寸、更長(zhǎng)的電機(jī)壽命和電池壽命、更安靜的車內(nèi)體驗(yàn)以及更好的EMI性能。

圖1：智能集成BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

集成智能系列博文將描述BLDC電機(jī)的不同性能要求，以及什么因素使得TI集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)器“智能化”。本篇博文將在汽車應(yīng)用的BLDC系統(tǒng)中詳細(xì)闡述EMI管理。

BLDC電機(jī)在10-100kHz范圍內(nèi)的高開關(guān)頻率條件下驅(qū)動(dòng)。在這種高頻下，高dv/dt和寄生電感的組合會(huì)導(dǎo)致在交換節(jié)點(diǎn)上發(fā)生高頻振鈴。這種振鈴會(huì)發(fā)出可能干擾車內(nèi)其他部件的高頻噪聲。

如圖2和圖3所示，調(diào)整外施電壓的轉(zhuǎn)換速率有助于減少振鈴引起的干擾。在離散系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)柵極驅(qū)動(dòng)電阻會(huì)改變電壓的轉(zhuǎn)換速率。但必須手動(dòng)更改電阻值，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果選擇最佳值。手動(dòng)改變電阻的過程很繁瑣，需要PCB的多次迭代，這增加了整體尺寸和復(fù)雜性。

在如DRV10983-Q1的集成驅(qū)動(dòng)器中，柵極電阻不可測(cè)量，不能更改，但這并不是一件壞事。例如，在DRV10983-Q1中集成了轉(zhuǎn)換速率控制;可以通過更改寄存器值來輕松更改此轉(zhuǎn)換速率，從而加快EMI測(cè)試模塊的整體運(yùn)行速度。

圖2：，在120V/μs的轉(zhuǎn)換速率下，對(duì)DRV10983-Q1和BLDC電機(jī)進(jìn)行EMI測(cè)量

圖3：以在35V/μs的轉(zhuǎn)換速率下，對(duì)DRV10983-Q1和BLDC電機(jī)進(jìn)行EMI測(cè)量

改善EMI性能的另一種方法是通過改變脈沖寬度調(diào)制(PWM)開關(guān)頻率。PWM開關(guān)頻率對(duì)振鈴有所影響。在集成驅(qū)動(dòng)器中，PWM頻率可通過配置寄存器來更改。例如，DRV10983-Q1有兩個(gè)頻率(25kHz和50kHz)可供選擇。

用于降低EMI的一種常見技術(shù)是抖動(dòng)主時(shí)鐘頻率。抖動(dòng)通過在頻譜兩端擴(kuò)展開，來降低峰值頻率的振幅。

通過使用具有完全集成功能的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，如壓擺率控制、可變PWM開關(guān)頻率和抖動(dòng)，可以減少用于濾波的外部元件的數(shù)量。這可以節(jié)省系統(tǒng)成本、電路板空間，以及最重要的節(jié)省了找出排放源所需的時(shí)間和重新設(shè)計(jì)電路板所費(fèi)的精力。

在未來的博客中，我將討論啟動(dòng)可靠性、初始位置檢測(cè)、抗電壓浪涌、電機(jī)在相反或相同方向旋轉(zhuǎn)時(shí)的再同步、正弦換向和許多其他使電機(jī)驅(qū)動(dòng)器變得智能的集成功能。