集成智能――第1部分：EMI管理

智能集成電機驅(qū)動器和無刷直流(BLDC)電機可以幫助電動汽車和新一代汽車變得更具吸引力、更可行及更可靠。

圖1所示為集成電機驅(qū)動器結(jié)合驅(qū)動電機所需的一切要素，如場效應晶體管(FET)、柵極驅(qū)動器和狀態(tài)機。集成避免了電線從電子控制單元(ECU)到電機的布線距離過長，并還具有更小印刷電路板(PCB)尺寸和更低整體系統(tǒng)成本的優(yōu)點。

BLDC電機在汽車應用中提供的優(yōu)勢包括效率、緊湊的尺寸、更長的電機壽命和電池壽命、更安靜的車內(nèi)體驗以及更好的EMI性能。

圖1：智能集成BLDC電機驅(qū)動器

集成智能系列博文將描述BLDC電機的不同性能要求，以及什么因素使得TI集成電機驅(qū)動器“智能化”。本篇博文將在汽車應用的BLDC系統(tǒng)中詳細闡述EMI管理。

BLDC電機在10-100kHz范圍內(nèi)的高開關(guān)頻率條件下驅(qū)動。在這種高頻下，高dv/dt和寄生電感的組合會導致在交換節(jié)點上發(fā)生高頻振鈴。這種振鈴會發(fā)出可能干擾車內(nèi)其他部件的高頻噪聲。

如圖2和圖3所示，調(diào)整外施電壓的轉(zhuǎn)換速率有助于減少振鈴引起的干擾。在離散系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)柵極驅(qū)動電阻會改變電壓的轉(zhuǎn)換速率。但必須手動更改電阻值，并根據(jù)測試結(jié)果選擇最佳值。手動改變電阻的過程很繁瑣，需要PCB的多次迭代，這增加了整體尺寸和復雜性。

在如DRV10983-Q1的集成驅(qū)動器中，柵極電阻不可測量，不能更改，但這并不是一件壞事。例如，在DRV10983-Q1中集成了轉(zhuǎn)換速率控制;可以通過更改寄存器值來輕松更改此轉(zhuǎn)換速率，從而加快EMI測試模塊的整體運行速度。

圖2：，在120V/μs的轉(zhuǎn)換速率下，對DRV10983-Q1和BLDC電機進行EMI測量

圖3：以在35V/μs的轉(zhuǎn)換速率下，對DRV10983-Q1和BLDC電機進行EMI測量

改善EMI性能的另一種方法是通過改變脈沖寬度調(diào)制(PWM)開關(guān)頻率。PWM開關(guān)頻率對振鈴有所影響。在集成驅(qū)動器中，PWM頻率可通過配置寄存器來更改。例如，DRV10983-Q1有兩個頻率(25kHz和50kHz)可供選擇。

用于降低EMI的一種常見技術(shù)是抖動主時鐘頻率。抖動通過在頻譜兩端擴展開，來降低峰值頻率的振幅。

通過使用具有完全集成功能的電機驅(qū)動器，如壓擺率控制、可變PWM開關(guān)頻率和抖動，可以減少用于濾波的外部元件的數(shù)量。這可以節(jié)省系統(tǒng)成本、電路板空間，以及最重要的節(jié)省了找出排放源所需的時間和重新設計電路板所費的精力。

在未來的博客中，我將討論啟動可靠性、初始位置檢測、抗電壓浪涌、電機在相反或相同方向旋轉(zhuǎn)時的再同步、正弦換向和許多其他使電機驅(qū)動器變得智能的集成功能。