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智能的集成电机驱动器和无刷直流 (BLDC) 电机都有助于使电动汽车和下一代汽车更具吸引力、更安全和更可靠。

集成电机驱动器组合了驱动电机所需的一切,例如场效应晶体管 (FET)、栅极驱动器和状态机(如图1所示)。集成可消除从电子控制单元 (ECU) 到电机的长布线,并具有印刷电路板 (PCB) 尺寸更小和整体系统成本更少的额外优势。

BLDC电机在汽车应用中具有的优势包括高效率、紧凑的尺寸、更长的电机和电池寿命、更安静的车内体验,以及更高的抗电磁干扰 (EMI) 性能。

1:智能的集成BLDC电机驱动器

在这一“集成智能”系列中,我将介绍BLDC电机的不同性能要求并探索是什么使TI集成电机驱动器“智能化”。在第一部分中,我将详细介绍汽车应用中BLDC系统的 EMI管理。

BLDC电机是在10-100kHz的高开关频率下驱动的。在如此高的频率下,高dv/dt和寄生电感的组合会在开关节点上引起高频振铃。而这种振铃会发出高频噪声,会干扰汽车中的其他元件。

如图2和图3所示,调整施加电压的压摆率有助于减少由振铃引起的干扰。在分立系统中,调整栅极驱动器电阻会改变电压的压摆率。您必须手动更改电阻器阻值并根据测试结果选择最佳值。手动更改电阻器的过程繁琐,需要多次迭代PCB,增加整体尺寸和复杂性。

对于DRV10983-Q1等集成驱动器而言,栅极电阻器不可访问且无法更改,不过这不是一件坏事。例如,DRV10983-Q1中集成了压摆率控制功能,您可通过更改寄存器值轻松更改压摆率,从而加快模块 EMI 测试的整体进度。

2DRV10983-Q1BLDC电机在120V/µs压摆率下的EMI测量示例

3DRV10983-Q1BLDC电机在35V/µs压摆率下的EMI测量示例

另一种提高 EMI 性能的方法是更改脉宽调制 (PWM) 开关频率。PWM 开关频率对振铃有影响。对于集成驱动器,可以通过配置寄存器来更改该 PWM 频率。例如,DRV10983-Q1有两个频率(25kHz和50kHz)可供选择。

一种用于降低 EMI 的常见技术是主时钟展频。展频可通过在频谱上扩展峰值频带来降低峰值频率的幅度。

通过使用具有压摆率控制、可变 PWM 开关频率和展频等完全集成功能的电机驱动器,您可以减少用于滤波的外部元件的数量。这节省了系统成本、布板空间,而最重要的是可以减少找出发射源所需的时间和重新设计电路板所需的工作量。

在以后的文章中,我将讨论启动可靠性、初始位置检测、抗电压浪涌、电机反向或同向旋转时的重新同步、正弦换向以及许多其他使电机驱动器智能化的集成功能。

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