使用BLDC電機助力機械掃描激光雷達(dá)實現(xiàn)360度視場

我們都知道駕駛汽車時看清路面至關(guān)重要。而在實施自動駕駛等技術(shù)時，對這點要求得更為嚴(yán)格。自動駕駛汽車的“眼睛”被稱為光檢測和測距（激光雷達(dá)）技術(shù)，可提供汽車周圍環(huán)境的精確圖像。激光雷達(dá)使用光源和傳感器來檢測物體。

激光雷達(dá)系統(tǒng)的視場 (FOV) 決定了激光雷達(dá)能夠捕捉到的圖像的寬度，因此該視場對于自動駕駛決策算法十分重要。擴大FOV的方法有很多種，其中之一就是利用機械掃描，使用電機幫助實現(xiàn)360度FOV。無刷直流 (BLDC) 電機可以實現(xiàn)此目標(biāo)，且高效低噪，因此廣受歡迎。

 圖1展示了激光雷達(dá)模塊，圖2展示了配備激光雷達(dá)的自動駕駛汽車。

圖1 激光雷達(dá)模塊

圖2 配備激光雷達(dá)的自動駕駛汽車

配備機械掃描激光雷達(dá)的自動駕駛汽車

典型的激光雷達(dá)模塊由光源和傳感器組成，可實現(xiàn)120度FOV。遺憾的是120度的視場對于自動駕駛環(huán)境來說遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。要實現(xiàn)360度全方位FOV，需要用一個由置于旋轉(zhuǎn)平臺上的光源和傳感器組成的機械掃描激光雷達(dá)將汽車周圍的信息傳給汽車的高級駕駛輔助系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)平臺以能讓光源和傳感器實現(xiàn)360度無縫掃描的速度旋轉(zhuǎn)，準(zhǔn)確反饋圖像位置。鑒于平臺重量比較輕，可以使用約40W的電機。

BLDC電機非常適合這些旋轉(zhuǎn)平臺，并且可以使用霍爾效應(yīng)傳感器實現(xiàn)BLDC電機換向。圖3顯示了機械掃描激光雷達(dá)的框圖。

圖3 機械掃描激光雷達(dá)框圖

如何驅(qū)動BLDC電機

有幾種方法可以驅(qū)動約40W的BLDC電機。您可以搭配使用具有梯形換向算法的微控制器 (MCU) 以及集成三相BLDC柵極驅(qū)動器和外部金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。如果您的設(shè)計需要應(yīng)用尺寸較小的電路板和功率較低的電機，您可以考慮將具有集成MOSFET的三相柵極驅(qū)動器（如DRV8316）和具有換向算法的MCU以及三個用于位置反饋的霍爾效應(yīng)傳感器搭配使用。DRV8316集成了高側(cè)和低側(cè)相加導(dǎo)通狀態(tài)電阻 (RDS(on)) 為95mΩ的MOSFET，并提供全面的故障覆蓋范圍，以實現(xiàn)診斷目的。

也可以使用集成了控制算法的電機驅(qū)動器（如MCT8316Z）來驅(qū)動BLDC電機，該電機驅(qū)動器集成了傳感器梯形控制，無需進(jìn)行電機控制軟件開發(fā)。MCT8316Z集成了MOSFET，該MOSFET高側(cè)和低側(cè)相加RDS(on)與DRV8316一樣，也是95mΩ。外部搭配內(nèi)務(wù)處理型MCU，可與MCT8316Z進(jìn)行通信以設(shè)置配置參數(shù)并提供簡單的旋轉(zhuǎn)命令（如速度和方向）。

MCT8316Z具有直流/直流降壓轉(zhuǎn)換器，可為電路板上的內(nèi)務(wù)處理型MCU或其他電路提供電流，這種配置有助于為機械掃描激光雷達(dá)電機驅(qū)動器節(jié)省布板空間。DRV8316 和MCT8316Z的工作電壓均為4.5V至35V，非常適合汽車的12V電池應(yīng)用。借助8A峰值電機繞組電流支持，這些驅(qū)動器可以在24V電源下實現(xiàn)高達(dá)70W的電機功率，足以驅(qū)動激光雷達(dá)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)平臺。

 MCT8316Z提供串行外設(shè)接口 (SPI)，高度可配置，盡管系統(tǒng)設(shè)計人員可能會選擇使用硬件接口選項，而非SPI來配置常用設(shè)置?？赏ㄟ^SPI讀取的內(nèi)部驅(qū)動器寄存器提供詳細(xì)的故障診斷結(jié)果，萬一旋轉(zhuǎn)平臺中的電機出現(xiàn)問題，該結(jié)果可提供診斷幫助。圖4顯示了MCT8316Z的簡化使用示例。

圖4 MCT8316Z電機控制示例

配備機械掃描激光雷達(dá)的自動駕駛汽車是汽車領(lǐng)域一次令人振奮的進(jìn)展。自動駕駛汽車帶來的便利提高了乘駕體驗，讓您渴望擁有這樣一輛汽車去州際公路旅行。