從硬盤(pán)驅動(dòng)器走出來(lái)的TI電機驅動(dòng)技術(shù)

故事還要從硬盤(pán)的衰落說(shuō)起。對于硬盤(pán)制造商來(lái)說(shuō)，硬盤(pán)驅動(dòng)器的衰落是件壞事;但對于更多采用電機的設備廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，這卻是件好事：因為擁有雄厚電機驅動(dòng)技術(shù)的TI公司再也不能靠硬盤(pán)驅動(dòng)器吃得飽飽的了。過(guò)去，TI只為硬盤(pán)驅動(dòng)器、光盤(pán)驅動(dòng)器、噴墨打印機、數碼相機等大型廠(chǎng)商定制生產(chǎn)電機驅動(dòng)器?，F在，為“昔日王謝”們特供的技術(shù)開(kāi)始走進(jìn)“尋常百姓”的小廠(chǎng)家了。

近日，TI公司馬達驅動(dòng)產(chǎn)品線(xiàn)應用工程師左巍博士向媒體介紹了TI的電機驅動(dòng)技術(shù)。左博士介紹說(shuō)，TI的電機驅動(dòng)器系列包括步進(jìn)電機驅動(dòng)、有刷直流電機驅動(dòng)、無(wú)刷直流電機驅動(dòng)、螺線(xiàn)管驅動(dòng)和霍爾效應傳感器IC，其應用范圍涵蓋從低端的玩具到高端的工業(yè)設備等各種設備。左博士說(shuō)，TI的電機驅動(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(shuō)，高集成度和全面的保護功能使得TI的電機驅動(dòng)器非常安全可靠。

高集成度

TI電機驅動(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)現同等功能，離散方案需要超過(guò)100個(gè)器件：數字門(mén)電路、放大器、LDO、溫度傳感器和保險絲。TI高度整合的解決方案不僅節約了成本，而且大幅提高了電路的可靠性。

全面保護

TI電機驅動(dòng)器件的全面保護功能提升了系統的安全性，包括過(guò)流/短路保護、過(guò)熱保護、欠壓閉鎖和擊穿保護。

過(guò)電流保護：驅動(dòng)器IC與地、電源或線(xiàn)圈之間的短路等情況都需要過(guò)流保護。不同于電流調節電路，TI的產(chǎn)品一般都包括另外一個(gè)保護電路“ILIMIT”。通過(guò)減小功率管的門(mén)級電壓，其電源漏極電阻會(huì )增加，從而限制通過(guò)的電流。每個(gè)功率管都需要單獨的保護機制，同時(shí)需要能迅速對過(guò)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)的保護情況。

欠壓閉鎖：芯片自行持續監測供電電壓值，當電壓過(guò)低時(shí)輸出端被設置成高阻抗狀態(tài)，確保H橋接正常運作狀態(tài)。

擊穿保護：同一個(gè)半橋的上低側絕不允許同時(shí)打開(kāi)，為了避免此現象的發(fā)生，高側關(guān)斷和低側導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(cháng)H橋接的運作越安全，但同時(shí)線(xiàn)性度和效率也越差。

熱關(guān)斷：過(guò)度發(fā)熱、散熱不足、環(huán)境溫度過(guò)高等都可能對芯片造成損害。芯片內部放置了多個(gè)熱感應器來(lái)持續監控溫度。當芯片溫度上升到過(guò)熱的閥值時(shí)，H橋接將被設置成高阻，微步進(jìn)細分也被重置-熱關(guān)斷。有些產(chǎn)品在熱關(guān)斷之前可以先進(jìn)行預判，預判溫度一般比熱關(guān)斷閥值低20~30 C°。

節能環(huán)保

TI采用先進(jìn)的制造工藝，實(shí)現超低的導通電阻(RDSON)，最低達到至1毫歐。此外，休眠模式和超高效的PWM及死區時(shí)間幫助TI的電機驅動(dòng)芯片實(shí)現了高效率、低功耗。

除了節能，低功耗還減輕了芯片的散熱壓力。在此之上，TI獨有的PowerPAD散熱封裝使得芯片可以通過(guò)裸焊盤(pán)散熱，熱量可以通過(guò)多層PCB板散出，這樣就無(wú)需散熱片，因而器件尺寸更小、可靠性更高。據稱(chēng)，DRV8818是溫度最低的細分步進(jìn)電機驅動(dòng)器。相比其他互相接腳兼容的產(chǎn)品，DRV8818的溫度要低過(guò)30%。

算法智能

無(wú)刷直流電機因其運行時(shí)不產(chǎn)生火花和壽命長(cháng)的優(yōu)點(diǎn)得到越來(lái)越廣泛的應用。通常的直流無(wú)刷電機需要霍爾傳感器來(lái)判斷轉子的位置以實(shí)現換向。但位置傳感器增加了電機的成本和體積。TI公司開(kāi)發(fā)的無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機驅動(dòng)器利用反向電動(dòng)勢來(lái)判斷轉子的位置，在很多應用場(chǎng)合下可以替代有傳感器的電機。

無(wú)傳感器的無(wú)刷直流電機驅動(dòng)技術(shù)需要先進(jìn)的算法來(lái)實(shí)現。TI公司多年以來(lái)投入大量資源來(lái)進(jìn)行電機驅動(dòng)算法的開(kāi)發(fā)。2009年，TI公司成立了Kilby電機實(shí)驗室，與大學(xué)、客戶(hù)合作開(kāi)發(fā)新的電機驅動(dòng)算法在工業(yè)界的現實(shí)應用。

左博士特別向我們展示了TI的三相無(wú)刷直流電機180°驅動(dòng)技術(shù)。如下圖所示，該技術(shù)使得電機能夠實(shí)現平穩的扭矩輸出。

TI的智能算法另外表現在對步進(jìn)電機的驅動(dòng)上。以2.2A低電壓內建整合1/32細分索引步進(jìn)電機驅動(dòng)器DRV8834為例，其動(dòng)態(tài)消隱時(shí)間最優(yōu)化過(guò)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(zhù)更小的轉矩漣波，從而實(shí)現更平滑的電機運轉。