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[FAQ] 如何选择合适的 BLDC 架构

为无刷直流 (BLDC) 电机系统选择合适的系统架构可能会让人不知所措。此常见问题解答将帮助您为应用选择合适类型的系统架构。TI 可为各种功率级别的每种架构提供多款器件。图 1 中的 PCB 显示了 TI 无刷直流 (BLDC) 解决方案提供的四种不同架构。系统架构的选择取决于给定应用中的电路板尺寸和电机功率要求。

这四种架构如下:

  1. 栅极驱动器– 需要一个用于电机换向控制的外部 MCU 和板载外部 MOSFET 来驱动电机
  2. 具有集成电机控制的栅极驱动器– 需要板载外部 MOSFET 来驱动电机
  3. 具有集成 MOSFET 的电机驱动器– 需要板载外部 MCU 进行电机控制
  4. 具有集成 MOSFET 和电机控制的电机驱动器– 无需板载外部 MCU 或 MOSFET 即可驱动电机

图 1 – 架构尺寸比较

集成式 FET 与栅极驱动器架构

每种架构都有其优缺点。例如,架构 4 使用的 MCF8316A 具有上述四种架构中最小的占用空间,因为该器件中集成了控制、驱动器和 MOSFET。由于封装中的功率损耗,这些器件在功率方面受到限制,因此非常适合低功耗应用。集成式 FET 器件还可更大限度地减少物料清单 (BOM),从而减少电机驱动解决方案所占用的布板空间。TI 产品系列提供各种集成式驱动器,这些驱动器具有高达 100W 的各种电力输送能力和超过 8A 的峰值电流。如需更多信息,请点击此处观看 TI 高精度实验室视频。

栅极驱动器的用途是切换外部 FET 以控制流经电机的电流。由于驱动器可与功率级隔离,因此使用这些器件可以更好地实现高电压和高电流应用。根据经验,如果系统的输出功率超过 70W,建议使用栅极驱动器器件。TI 的产品系列提供了配备智能栅极驱动等技术的各种栅极驱动器,可简化 MOSFET 栅极的驱动并保护栅极驱动器免受异常情况的影响。智能栅极驱动器让系统设计人员无需修改电路板,即可调整各种驱动参数,例如栅极电压压摆率。

集成式控制与外部控制架构

TI 的 MCx 器件(在上面的示例中用于架构 2 和 4)支持驱动器灵活使用集成的电机控制算法。因此用户能够实施无代码解决方案,其中包含可配置且易于调优的电机控制选项。例如,对于 MCT8316Z,该器件还集成了三个用于位置感应的模拟霍尔比较器,可实现含传感器的梯形 BLDC 电机控制,这使得系统设计人员能够减少软件开销。另一方面,使用外部微控制器进行电机换向有一个好处,那就是系统设计人员可以灵活地为电机和系统控制添加自己的逻辑。系统控制的示例有:设计人员希望使用 6 个 PWM 信号(而不是 3 个或 1 个 PWM 信号)进行电机换向时,则在推断出特定类型的故障(例如温度警告)后点亮 LED,或者通过 SPI 配置特定于器件的设置。

 

 图 2 – 按电压分类的器件产品系列

TI 的 BLDC 解决方案提供了具有各种电压和功率级别的广泛架构。图 2 中显示了特色产品的快照。如在为应用选择合适器件时需要更多帮助,请参阅“无刷直流电机驱动器注意事项和选型指南