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基础无刷栅极驱动器设计 —— 第1部分

本文作者：德州仪器点击： 2017-12-18 15:16

前言：

有充分的理由说无刷直流电机绝对是电机驱动器中最酷的一款产品。您可以获得更高的效率、功率和扭矩，更低的噪音、电磁干扰（EMI）及振动，更长的电池及电机寿命,更快的速度,更好的产品,更多的惊喜、乐趣和朋友,更好看的外观以及无数追随者的崇拜。这份清单使我可能已经渐渐陷于自己的希望和梦想（见图1），因此我只能说“结果可能会各不相同”。

图1：无刷DC：希望和梦想的支持者

无刷直流电机驱动的乐趣在于算法。您可以实现有传感器或无传感器监控、梯形或正弦控制、磁场定向控制（FOC）或换向。可选方案和烹饪鸡蛋的方法一样多——但事实上，只有十种真正称得上是独特的（其他方法只是做了一个小小的变化）。但是我现在不打算谈论这些。我将要讨论“步骤零”：为电机驱动系统设计硬件。在这一步，您随时可离开。图2所示为我对此现象的印象。

图2：舒适度随着电压水平和模拟内容线性下降

对于其余六个读卡器，许多无刷直流电机系统旨在追求高功率和高效率，这意味着最好的实现方式是用分立式MOSFET控制栅极驱动器的微控制器（MCU）。在您测试出最佳的速度环路算法来控制您的电机之前，您只需将MCU的智能与MOSFET的原始电流驱动能力连接即可。栅极驱动器充当MCU的逻辑域与MOSFET和电动机的功率域之间的转换器。有两种可以实现这种转换器的架构：分立式栅极驱动器和集成式栅极驱动器。有很多原因说服你任选其一。分立式驱动器提供最高的电源电压支持和最优的性能，但需要更多的组件并且缺乏保护功能。集成式驱动器为电机驱动器提供更具针对性的解决方案，但不会为您提供电压支持或分立式栅极驱动器的超高性能。除在一个芯片上使用三个分立式栅极驱动器外，像DRV8320这样的集成式驱动器还可以提供附加功能，如栅极驱动电源、感应放大器、功率器件或集成式栅极驱动无源器件。刚刚略读上述段落的读者可以看下表1。

	分立式栅极驱动器	集成式栅极驱动器
电压范围	高达600V（或更高）	一般在60V以下
栅极驱动电流	高达4A（或更高）	通常为1A或更少
栅极驱动电源	需要另购	集成电源
传播延迟	超高速	足够快
停滞时间	从MCU插入	由栅极驱动器插入
控制所需的输入	6	6或3或1
外部组件	许多	少量
保护功能	无（或少许）	包括
100％PWM支持	否	是

表 1: 分立式栅极驱动器与集成式栅极驱动器；表中的细节比段落细节更多！

在本系列的第2部分中，我将创建并展示分立驱动器和集成驱动器之间的原理图和布局差异，以检测我落实原理图和布局的能力。

其他资源
• 查看DRV8320 数据表。
• 阅读关于增加电动工具功率密度需求的博客。
• 查看18V / 1kW，160A峰值，> 98％效率，高功率密度无刷电机驱动参考设计。
• 了解三相DRV8320的智能栅极驱动器。

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