集成式有刷直流解決方案如何減小汽車電機尺寸、增強保護并簡化設計

有刷直流電機控制簡單、成本低廉且功能多樣，非常適合需要集成式大功率可靠電機驅(qū)動器的汽車負載，比如車窗升降器、天窗控制、門鎖、鎖存器和發(fā)動機閥門。

如果您正在設計汽車系統(tǒng)，可能會同時面臨器件級和系統(tǒng)級挑戰(zhàn)，包括尺寸限制、故障條件，以及滿足可重復使用以縮短開發(fā)時間的需求。因此，本文將詳細分析這些挑戰(zhàn)并提供相應解決方法。

采用完全集成式高功率密度電機驅(qū)動器減小系統(tǒng)尺寸

設計成本優(yōu)化型汽車系統(tǒng)時，需著重考慮減小系統(tǒng)尺寸和節(jié)省布板空間。減小封裝尺寸并將功能集成至有刷直流驅(qū)動器，可減少外部元件數(shù)量，從而節(jié)省布板空間并降低成本。

設計小型系統(tǒng)時，應考慮以下改進方法：

·       小型封裝尺寸 — 對于高功率密度解決方案，請使用具有高電流能力的小型封裝尺寸。DRV8243-Q1 系列推出了汽車類 HotRod 四方扁平無引線封裝，尺寸下限為 3mm x 4.5mm，是同類產(chǎn)品中用于有刷直流驅(qū)動器的超小封裝之一。

·       集成電流檢測 — 采用內(nèi)部電流調(diào)節(jié)和電流反饋引腳，無需外部電流檢測電阻器，從而節(jié)省布板空間并降低成本。

·       集成式場效應晶體管 (FET) 解決方案 — DRV8243-Q1 系列可驅(qū)動高達 32A 的 H 橋峰值電流和 46A 半橋峰值電流。采用支持中高電流的集成式解決方案，無需使用柵極驅(qū)動器和外部 FET，可節(jié)省布板空間并降低成本。電流能力取決于印刷電路板設計和環(huán)境熱條件，因此，請務必查看我們的瞬態(tài)熱計算器，了解您的系統(tǒng)所能驅(qū)動的電流值。

使用更小的封裝（如圖1所示）并盡量減少外部元件數(shù)量，可減小電路板尺寸并降低物料清單成本。

圖 1 ：DRV8245-Q1 器件系列尺寸比較

可靠解決方案的保護和診斷功能

從電動后備箱門到燃氣發(fā)動機閥門的各種應用中，電機驅(qū)動器都扮演著重要角色。因此，設計出能夠檢測并防止各種故障情況的可靠解決方案十分必要。

DRV8243-Q1 器件系列是首批在電機驅(qū)動器處于開啟和關閉狀態(tài)時都能提供開路負載檢測和短路保護的器件。圖2所示為器件離線保護功能如何使用連接到H橋的無源電阻器網(wǎng)絡在啟用FET之前檢測系統(tǒng)問題。即使H橋處于關閉狀態(tài)，該功能也有助于避免電機驅(qū)動器發(fā)生損壞或出現(xiàn)異常行為。

圖 2 ：DRV8243-Q1 的關閉狀態(tài)診斷

離線診斷有利于保護電機驅(qū)動器免受系統(tǒng)其他部位所發(fā)生故障的影響，避免整體磨損。如需了解更多關于 TI 離線保護功能如何保護汽車系統(tǒng)的信息，請參閱應用手冊“電機驅(qū)動器中的開路負載檢測”

串行外設接口選項提供詳細診斷，旨在確認故障的類型及發(fā)生位置，通過提供電機驅(qū)動器故障的問題根源，可節(jié)省設計人員解決問題的時間。

采用可擴展驅(qū)動器優(yōu)化設計

電機驅(qū)動器驅(qū)動汽車中的各種負載，比如繼電器、電磁閥和電機。有時，這些負載全部匯集于同一應用，比如車門模塊或車身控制模塊。

DRV8243-Q1 系列的H橋和半橋驅(qū)動器支持設計重復使用，可在汽車系統(tǒng)中擴展不同負載。該器件系列具有相似的固件、功能和封裝引腳排列，支持在各種負載和電流范圍內(nèi)重復使用，有助于縮短設計時間。用于獨立模式時，H 橋驅(qū)動器可驅(qū)動兩個單向有刷直流電機、電磁閥或繼電器，無需兩個獨立半橋驅(qū)動器；如圖3所示。

圖 3 ：采用 DRV8243-Q1 系列型號實現(xiàn)跨多種負載擴展

除具有相似固件外，DRV8243-Q1和 DRV8244-Q1引線式封裝還為引腳對引腳兼容，因此，在按比例調(diào)高或調(diào)低功率級別時更容易插入和更換這些器件。

設計汽車解決方案時，解決方案尺寸、保護性能和設計重復使用是需要考慮的關鍵因素。如果對本文中的相關內(nèi)容有任何疑問，歡迎您在TI E2E電機驅(qū)動器論壇中提出。