用于工業(yè)自動(dòng)化的無刷直流電機(jī)

工業(yè)或工廠自動(dòng)化是 BLDC 電機(jī)在工業(yè)細(xì)分領(lǐng)域增長最快的終端應(yīng)用之一。隨著工廠從更傳統(tǒng)的有刷或步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向 BLDC發(fā)展，以獲得更高的效率和性能，對(duì)三相柵極驅(qū)動(dòng)器的需求也在增長。在工廠機(jī)器人和協(xié)作機(jī)器人等終端應(yīng)用設(shè)計(jì)中會(huì)使用多個(gè)電機(jī)。

NCD83591是一款60 V、3相柵極驅(qū)動(dòng)器，專為無刷直流(以下簡稱“BLDC”)電機(jī)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，集成了三個(gè)獨(dú)立的半橋驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)檢測(cè)放大器，以提供簡單易用的柵極驅(qū)動(dòng)器。該方案憑借其小封裝尺寸和柵極驅(qū)動(dòng)架構(gòu)提供高功率密度且易于使用，是工業(yè)應(yīng)用的理想選擇。NCD83591的最大輸入電壓為60 V，提供了充足的裕量以驅(qū)動(dòng)額定電壓通常在12至42 V的電機(jī)，適用于大多數(shù)工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用。再加上NCD83591具有工業(yè)客戶非常重視的高功率密度和易用性，為這些應(yīng)用提供了一個(gè)理想的方案。

功率密度

NCD83591 采用 4 mm x 4 mm QFN-28 封裝，包括一個(gè)集成、完全可配置的電流檢測(cè)放大器、一個(gè)下橋 14 V 穩(wěn)壓器和一個(gè)上橋電荷泵。該產(chǎn)品是業(yè)界尺寸最小的60 V、3相柵極驅(qū)動(dòng)器，集成了至少一個(gè)檢測(cè)放大器。小巧的封裝尺寸和單個(gè)集成放大器為講究空間的應(yīng)用提供了完美的BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案。該產(chǎn)品支持客戶快速實(shí)施梯形換向來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同時(shí)最小化外部元件數(shù)以實(shí)現(xiàn)小的方案尺寸。與使用傳統(tǒng)的獨(dú)立半橋驅(qū)動(dòng)器IC的分立方案相比，集成三相半橋驅(qū)動(dòng)顯著縮小尺寸。

圖 1：NCD83591 IC

易于使用-梯形電機(jī)控制

NCD83591柵極驅(qū)動(dòng)器采用單個(gè)集成放大器，是梯形電機(jī)控制換向的理想產(chǎn)品。這種方法是工業(yè)市場(chǎng)上最常見的 BLDC 換向法，是最佳轉(zhuǎn)矩和設(shè)計(jì)簡單性之間的最佳平衡點(diǎn)。雖然磁場(chǎng)定向控制(FOC)和直接磁通控制(DFC)換向方法在更復(fù)雜的電機(jī)控制應(yīng)用中越來越受歡迎，但從易用性的角度來看，梯形換向仍是 12 至 40 V BLDC 工業(yè)市場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。

易于使用的恒流柵極驅(qū)動(dòng)

柵極驅(qū)動(dòng)架構(gòu)是使用NCD83591三相柵極驅(qū)動(dòng)器的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了恒流柵極驅(qū)動(dòng)，而不是傳統(tǒng)的恒壓柵極驅(qū)動(dòng)。恒流驅(qū)動(dòng)提供相同的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(電機(jī)相位繞組)轉(zhuǎn)換時(shí)間，但節(jié)省了串聯(lián)柵極電阻的成本，且驅(qū)動(dòng)電路更小。無需串聯(lián)柵極電阻器也有助于防止自導(dǎo)通。有關(guān)更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參見下面的圖 2。

然而，恒流柵極驅(qū)動(dòng)最顯著的優(yōu)點(diǎn)是IC能夠感測(cè)其驅(qū)動(dòng)的FET的實(shí)際柵源(Vgs)電壓。柵極檢測(cè)功能使NCD83591在易用性方面脫穎而出，因?yàn)樗蓪?shí)現(xiàn)死區(qū)時(shí)間優(yōu)化和真正的交叉導(dǎo)通保護(hù)等好處。

死區(qū)時(shí)間通常被編程到MCU中，在關(guān)斷一個(gè)相位的FET后再導(dǎo)通另一個(gè)相位的FET。編程通常會(huì)預(yù)留額外的時(shí)間，以確保不會(huì)發(fā)生交叉導(dǎo)通，因?yàn)闀r(shí)序會(huì)隨溫度、電源和老化而變化。NCD83591能檢測(cè)柵源電壓，實(shí)現(xiàn)FET關(guān)斷之后，再導(dǎo)通同一相位中的對(duì)側(cè)FET。這就無需對(duì)MCU進(jìn)行死區(qū)時(shí)間編程，因?yàn)镮C會(huì)處理，從而盡量減少脈寬調(diào)制(PWM)期間的死區(qū)時(shí)間，不受延遲影響。該產(chǎn)品還能檢測(cè)到為FET供電的外部故障，當(dāng)FET不應(yīng)使能時(shí)，就禁用同一相位中的對(duì)側(cè)FET來做出相應(yīng)的反應(yīng)。

圖 2：恒流與恒壓柵極驅(qū)動(dòng)

來源：Onsemi

審核編輯：湯梓紅