主流電機(jī)控制芯片方案（2022年電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)芯片盤(pán)點(diǎn)）
發(fā)布日期:2024-03-08
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（文/程文智）高效電機(jī)這幾年來(lái)頗受行業(yè)重視，不少芯片廠商也開(kāi)始把目光轉(zhuǎn)向了電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制市場(chǎng)。由于BLDC/PMSM電機(jī)的高效率、低噪聲等諸多優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的工業(yè)系統(tǒng)、家電、PC等系統(tǒng)中使用的電機(jī)越來(lái)越多地采用更加節(jié)能的BLDC/PMSM電機(jī)，但此類電機(jī)需要復(fù)雜的硬件和優(yōu)化的軟件設(shè)計(jì)才能提高其性能。為了方便設(shè)計(jì)人員快速，高效地設(shè)計(jì)出滿足需求的電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)解決方案，不同芯片廠商也在不斷加大投入，設(shè)計(jì)出了不少新的電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)芯片產(chǎn)品。今天我們就來(lái)看看今年有哪些廠商推出了哪些新的產(chǎn)品。
TI：近12個(gè)月推出了19款電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
TI是電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片領(lǐng)域的老玩家了，其電機(jī)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品包括了柵極驅(qū)動(dòng)器、H橋驅(qū)動(dòng)器、有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，以及BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等產(chǎn)品類型。產(chǎn)品種類和型號(hào)也很豐富，近12個(gè)月就推出了19款新的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品。
圖：TI近12個(gè)月發(fā)布的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器新品（來(lái)源：TI官網(wǎng)）
據(jù)TI新聞稿介紹，去年推出的70W BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器MCT8316A和MCF8316A可用于無(wú)需編程無(wú)傳感器的梯形和磁場(chǎng)定向控制（FOC），能夠讓工程師字10分鐘內(nèi)啟動(dòng)BLDC電機(jī)，可用于各種工業(yè)系統(tǒng)、家用電器、呼吸機(jī)和持續(xù)氣道正壓通氣機(jī)器等醫(yī)療設(shè)備中。
據(jù)悉，MCF8316A和MCT8316A無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括一系列獨(dú)特的換向控制算法，無(wú)需開(kāi)發(fā)、維護(hù)和驗(yàn)證電機(jī)控制軟件，從而減少數(shù)周的設(shè)計(jì)時(shí)間。這些算法和高度的集成特性可以使電機(jī)驅(qū)動(dòng)器更好地管理電機(jī)故障檢測(cè)等關(guān)鍵功能，同時(shí)實(shí)施保護(hù)機(jī)制，從而提高系統(tǒng)可靠性。這些電機(jī)驅(qū)動(dòng)器集成了無(wú)傳感器技術(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)子位置，因此無(wú)需外部霍爾傳感器，可降低系統(tǒng)成本并提高可靠性。
MCT8316A 無(wú)傳感器梯形控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以達(dá)到最大 3.5kHz 的電機(jī)頻率，且可以通過(guò)不同的梯形控制技術(shù)來(lái)降低BLDC電機(jī)噪聲；而MCF8316A則包含了一項(xiàng)獲得專利的精密自動(dòng)死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償技術(shù)。該技術(shù)可以補(bǔ)償電流失真，極大程度上優(yōu)化電機(jī)的聲學(xué)性能。
此外，MCF8316A和MCT8316A 可使設(shè)計(jì)人員縮小高達(dá) 70% 的布板空間，并降低電機(jī)系統(tǒng)的總成本。這些器件集成了三個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器和六個(gè)高側(cè)和低側(cè) MOSFET，每個(gè)均具有 50mΩ 的導(dǎo)通電阻。這使得這兩個(gè)器件可在 12V 和 24V 系統(tǒng)中提供高達(dá) 70W 的功率和 8A 的峰值電流。這些電機(jī)驅(qū)動(dòng)器還集成了例如低壓降（LDO）穩(wěn)壓器、直流/直流降壓穩(wěn)壓器和電流檢測(cè)放大器等元件，省去了多達(dá)18個(gè)分立式元件。
兩個(gè)月之后，TI在MCF8316A和MCT8316A兩款BLDC驅(qū)動(dòng)器的基礎(chǔ)上，又推出了MCT8316Z，給驅(qū)動(dòng)12V至24V直流電機(jī)的客戶提供了一種單芯片無(wú)代碼，并且包含傳感器梯形的選擇。該芯片集成了傳感器梯形控制的三相BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，工作電壓絕對(duì)最大值為40V，最大輸出電流為8A。MCT8316Z采用的是霍爾傳感器的120°換向，同時(shí)支持模擬或者數(shù)字霍爾輸入。該器件支持高達(dá)200kHz的PWM頻率，同時(shí)PWM還支持同步與異步調(diào)制。此外，該器件還有車(chē)規(guī)級(jí)版本。
ST：繼續(xù)推出高集成的電機(jī)控制芯片
ST在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品方面這幾年也投入不少，從其工業(yè)峰會(huì)中就可見(jiàn)一斑，這幾年的ST工業(yè)峰會(huì)都會(huì)單獨(dú)有一個(gè)電機(jī)控制分論壇。從其官網(wǎng)可以看到ST在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器方面有MOSFET和IGBT驅(qū)動(dòng)器、無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器四個(gè)大類的產(chǎn)品。
ST這幾年主要在推其STSPIN32系列產(chǎn)品，近期ST推出了兩款基于STSPIN32電機(jī)控制SiP的參考設(shè)計(jì)，以幫助工程師簡(jiǎn)化工業(yè)或家電壓縮機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)發(fā)。其中，STEVAL-CTM011V1的目標(biāo)應(yīng)用是最高達(dá) 250W 的通用工業(yè)壓縮機(jī)，而 STEVAL-CTM012V1 符合嚴(yán)格的家電能效法規(guī)要求。這兩款即插即用的參考設(shè)計(jì)很容易與主控系統(tǒng)整合，啟動(dòng)電機(jī)，并允許客戶微調(diào)設(shè)置，獲得最佳的性能。兩個(gè)參考設(shè)計(jì)的平均能效都大于 96.5%。
據(jù)其新聞稿介紹，這兩款參考設(shè)計(jì)的核心組件都是ST的 STSPIN32F0601Q電機(jī)控制SiP。該SiP集成了STM32F031 Arm Cortex-M0微控制器和魯棒性非常高的 600V三相柵極驅(qū)動(dòng)器。微控制器支持根據(jù)終端應(yīng)用的具體需求定制電機(jī)控制算法，柵極驅(qū)動(dòng)器用于控制逆變器開(kāi)關(guān)管。配套固件包括高效無(wú)傳感器矢量控制(FOC)算法。該SiP是一款尺寸緊湊、熱效率高的方形扁平無(wú)引線 (QFN)封裝，可滿足安全性和可靠性對(duì)爬電距離的嚴(yán)格要求。
在汽車(chē)級(jí)電機(jī)控制器方面，ST在2022年還推出了L99DZ200G，該芯片包含兩個(gè) H 橋柵極驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)外部 MOSFET功率管控制后視鏡加熱的柵極驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)用于控制自動(dòng)防炫目后視鏡調(diào)光的控制單元及高邊驅(qū)動(dòng)器，以及五個(gè) LED 高邊驅(qū)動(dòng)器，其中三個(gè)可以在恒流模式下工作，為輸入電容較高的照明模塊供電，另外兩個(gè)高邊驅(qū)動(dòng)器用于控制普通 LED照明燈。
通過(guò)兩個(gè) H 橋驅(qū)動(dòng)器，L99DZ200G 可以同時(shí)控制兩個(gè)主軸電機(jī)，并驅(qū)動(dòng)一個(gè)額外的收緊電機(jī)，用于關(guān)閉電動(dòng)尾門(mén)或后備箱。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器都可以在發(fā)電機(jī)模式下運(yùn)行，在電源軌中檢測(cè)到過(guò)壓時(shí)，可以同時(shí)激活兩個(gè)低邊 MOSFET開(kāi)關(guān)，保護(hù)控制器。
工程師可以通過(guò)單片L99DZ200G實(shí)現(xiàn)前車(chē)窗、后視鏡、照明燈及后窗升降功能。
英飛凌：汽車(chē)級(jí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片集成度越來(lái)越高
英飛凌的電機(jī)控制解決方案可以用于汽車(chē)、消費(fèi)和工業(yè)應(yīng)用中，主要有iMOTION和MOTIX兩個(gè)子系列產(chǎn)品。其中iMOTION系列主要用于工業(yè)和消費(fèi)類電機(jī)控制應(yīng)用，該產(chǎn)品系列提供了多層次的硬件和軟件集成。硬件集成的多層次是指從獨(dú)立的電機(jī)控制器到SmartIPM上集成的完整逆變器系統(tǒng)這一廣闊跨度。軟件集成的多層次則是說(shuō)英飛凌既提供完整的“交鑰匙”式解決方案，也提供可供開(kāi)發(fā)者自由編程的模塊。另外，該產(chǎn)品特別采用了英飛凌的電機(jī)控制引擎（MCE）技術(shù)。采用基于MCE技術(shù)的“交鑰匙”式解決方案，加上MCEwizard和MCEdesigner作為輔助工具，可以方便地實(shí)現(xiàn)一個(gè)變速驅(qū)動(dòng)解決方案。
MOTIX產(chǎn)品系列是為各種100mA到70A汽車(chē)及工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的功率橋系列，配備各種不同的功能集。比如大功率直流電機(jī)電橋可為直流2A到峰值電流70A的電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供靈活、可擴(kuò)展的解決方案，具有不同的功能選項(xiàng)，可用于各種應(yīng)用領(lǐng)域，而智能功率電機(jī)電橋由多種專用于汽車(chē)及工業(yè)應(yīng)用的電橋組成。
例如英飛凌今年推出的智能集成半橋系列：全新的MOTIX™ BTN99xx（NovalithIC™ ），除了一個(gè)P通道高側(cè)和一個(gè)N通道低側(cè)MOSFET外，該BTN99xx還包括完全集成在單個(gè)封裝中的智能驅(qū)動(dòng)器IC，具有易用性、高級(jí)保護(hù)和可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，因此適用于各種汽車(chē)應(yīng)用。此外，BTN99xx還在單個(gè)堅(jiān)固封裝中集成各種功能，因此也適用于需降低PCB消耗的應(yīng)用。憑借超強(qiáng)可靠性，BTN99xx也非常適合座椅控制、電動(dòng)尾門(mén)和滑動(dòng)門(mén)、燃油泵等其他應(yīng)用。
這款新器件采用英飛凌的逐片和層疊工藝，集成在堅(jiān)固的封裝之中。得益于英飛凌最新的MOSFET技術(shù)和創(chuàng)新的芯片減薄工藝，在25°C條件下，BTN99xx的常態(tài)路徑電阻可大幅降低47%，下降至5.30 mΩ，同時(shí)，其電流限值可提高至75 A。因此，BTN99xx很適用于小型化的大電流PWM（脈沖寬度調(diào)制）電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
其實(shí)，MOTIX BTN99xx介于分立門(mén)驅(qū)動(dòng)器和基于Arm處理器的高度集成的嵌入式功率電機(jī)控制產(chǎn)品之間。BTN99xx系列芯片包括BTN9970LV和BTN9990LV兩種型號(hào)，均采用7×8 mm的HSOF-7封裝。
結(jié)語(yǔ)
從目前芯片企業(yè)推出的芯片解決方案來(lái)看，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片在向著更加簡(jiǎn)單易用的方向發(fā)展。
當(dāng)然，除了上面提到的這幾家，Qorvo、ADI、NXP、Microchip、羅姆、瑞薩等國(guó)際廠商，以及峰岹科技、凌鷗創(chuàng)芯、國(guó)民技術(shù)、中微半導(dǎo)體、杰發(fā)科技、靈動(dòng)微電子、先楫半導(dǎo)體、圣邦微、納芯微等企業(yè)也都有電機(jī)控制和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相關(guān)的芯片產(chǎn)品。更多的詳細(xì)內(nèi)容，感興趣的工程師可以關(guān)注<電子發(fā)燒友網(wǎng)>11月17日在深圳灣萬(wàn)怡酒店舉辦的2022年電機(jī)控制先進(jìn)技術(shù)研討會(huì)，屆時(shí)我們將會(huì)分享更多電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)器的相關(guān)信息。
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