從硬盤驅(qū)動(dòng)器走出來的TI電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

故事還要從硬盤的衰落說起。對于硬盤制造商來說，硬盤驅(qū)動(dòng)器的衰落是件壞事;但對于更多采用電機(jī)的設(shè)備廠商來說，這卻是件好事：因?yàn)閾碛行酆耠姍C(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的TI公司再也不能靠硬盤驅(qū)動(dòng)器吃得飽飽的了。過去，TI只為硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器、噴墨打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等大型廠商定制生產(chǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器?，F(xiàn)在，為“昔日王謝”們特供的技術(shù)開始走進(jìn)“尋常百姓”的小廠家了。

近日，TI公司馬達(dá)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品線應(yīng)用工程師左巍博士向媒體介紹了TI的電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。左博士介紹說，TI的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系列包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、螺線管驅(qū)動(dòng)和霍爾效應(yīng)傳感器IC，其應(yīng)用范圍涵蓋從低端的玩具到高端的工業(yè)設(shè)備等各種設(shè)備。左博士說，TI的電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)優(yōu)勢明顯，總體可概括為：更安全、更環(huán)保、更智能。

安全可靠

左博士說，高集成度和全面的保護(hù)功能使得TI的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器非常安全可靠。

高集成度

TI電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的高集成度提升了器件的可靠性，同時(shí)減小了PCB尺寸并縮減了BOM。為實(shí)現(xiàn)同等功能，離散方案需要超過100個(gè)器件：數(shù)字門電路、放大器、LDO、溫度傳感器和保險(xiǎn)絲。TI高度整合的解決方案不僅節(jié)約了成本，而且大幅提高了電路的可靠性。

全面保護(hù)

TI電機(jī)驅(qū)動(dòng)器件的全面保護(hù)功能提升了系統(tǒng)的安全性，包括過流/短路保護(hù)、過熱保護(hù)、欠壓閉鎖和擊穿保護(hù)。

過電流保護(hù)：驅(qū)動(dòng)器IC與地、電源或線圈之間的短路等情況都需要過流保護(hù)。不同于電流調(diào)節(jié)電路，TI的產(chǎn)品一般都包括另外一個(gè)保護(hù)電路“ILIMIT”。通過減小功率管的門級電壓，其電源漏極電阻會(huì)增加，從而限制通過的電流。每個(gè)功率管都需要單獨(dú)的保護(hù)機(jī)制，同時(shí)需要能迅速對過流情況進(jìn)行反映，又不能有誤判。下圖所示為DRV88xx完全短路時(shí)的保護(hù)情況。

欠壓閉鎖：芯片自行持續(xù)監(jiān)測供電電壓值，當(dāng)電壓過低時(shí)輸出端被設(shè)置成高阻抗狀態(tài)，確保H橋接正常運(yùn)作狀態(tài)。

擊穿保護(hù)：同一個(gè)半橋的上低側(cè)絕不允許同時(shí)打開，為了避免此現(xiàn)象的發(fā)生，高側(cè)關(guān)斷和低側(cè)導(dǎo)通之間人為的增加一段延時(shí)(停滯時(shí)間)。停滯時(shí)間越長H橋接的運(yùn)作越安全，但同時(shí)線性度和效率也越差。

熱關(guān)斷：過度發(fā)熱、散熱不足、環(huán)境溫度過高等都可能對芯片造成損害。芯片內(nèi)部放置了多個(gè)熱感應(yīng)器來持續(xù)監(jiān)控溫度。當(dāng)芯片溫度上升到過熱的閥值時(shí)，H橋接將被設(shè)置成高阻，微步進(jìn)細(xì)分也被重置-熱關(guān)斷。有些產(chǎn)品在熱關(guān)斷之前可以先進(jìn)行預(yù)判，預(yù)判溫度一般比熱關(guān)斷閥值低20~30 C°。

節(jié)能環(huán)保

TI采用先進(jìn)的制造工藝，實(shí)現(xiàn)超低的導(dǎo)通電阻(RDSON)，最低達(dá)到至1毫歐。此外，休眠模式和超高效的PWM及死區(qū)時(shí)間幫助TI的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)了高效率、低功耗。

除了節(jié)能，低功耗還減輕了芯片的散熱壓力。在此之上，TI獨(dú)有的PowerPAD散熱封裝使得芯片可以通過裸焊盤散熱，熱量可以通過多層PCB板散出，這樣就無需散熱片，因而器件尺寸更小、可靠性更高。據(jù)稱，DRV8818是溫度最低的細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。相比其他互相接腳兼容的產(chǎn)品，DRV8818的溫度要低過30%。

算法智能

無刷直流電機(jī)因其運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生火花和壽命長的優(yōu)點(diǎn)得到越來越廣泛的應(yīng)用。通常的直流無刷電機(jī)需要霍爾傳感器來判斷轉(zhuǎn)子的位置以實(shí)現(xiàn)換向。但位置傳感器增加了電機(jī)的成本和體積。TI公司開發(fā)的無傳感器無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器利用反向電動(dòng)勢來判斷轉(zhuǎn)子的位置，在很多應(yīng)用場合下可以替代有傳感器的電機(jī)。

無傳感器的無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)需要先進(jìn)的算法來實(shí)現(xiàn)。TI公司多年以來投入大量資源來進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)算法的開發(fā)。2009年，TI公司成立了Kilby電機(jī)實(shí)驗(yàn)室，與大學(xué)、客戶合作開發(fā)新的電機(jī)驅(qū)動(dòng)算法在工業(yè)界的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。

左博士特別向我們展示了TI的三相無刷直流電機(jī)180°驅(qū)動(dòng)技術(shù)。如下圖所示，該技術(shù)使得電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)的扭矩輸出。

TI的智能算法另外表現(xiàn)在對步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)上。以2.2A低電壓內(nèi)建整合1/32細(xì)分索引步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器DRV8834為例，其動(dòng)態(tài)消隱時(shí)間最優(yōu)化過零失真，可變混合電流衰減比例最優(yōu)化放電失真。其更小的失真意味著更小的轉(zhuǎn)矩漣波，從而實(shí)現(xiàn)更平滑的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。