集成智能――第1部分：EMI管理

智能集成電機驅動(dòng)器和無(wú)刷直流(BLDC)電機可以幫助電動(dòng)汽車(chē)和新一代汽車(chē)變得更具吸引力、更可行及更可靠。

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

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

圖1：智能集成BLDC電機驅動(dòng)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集成電機驅動(dòng)器“智能化”。本篇博文將在汽車(chē)應用的BLDC系統中詳細闡述EMI管理。

BLDC電機在10-100kHz范圍內的高開(kāi)關(guān)頻率條件下驅動(dòng)。在這種高頻下，高dv/dt和寄生電感的組合會(huì )導致在交換節點(diǎn)上發(fā)生高頻振鈴。這種振鈴會(huì )發(fā)出可能干擾車(chē)內其他部件的高頻噪聲。

如圖2和圖3所示，調整外施電壓的轉換速率有助于減少振鈴引起的干擾。在離散系統中，調節柵極驅動(dòng)電阻會(huì )改變電壓的轉換速率。但必須手動(dòng)更改電阻值，并根據測試結果選擇最佳值。手動(dòng)改變電阻的過(guò)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的集成驅動(dòng)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中集成了轉換速率控制;可以通過(guò)更改寄存器值來(lái)輕松更改此轉換速率，從而加快EMI測試模塊的整體運行速度。

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

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

改善EMI性能的另一種方法是通過(guò)改變脈沖寬度調制(PWM)開(kāi)關(guān)頻率。PWM開(kāi)關(guān)頻率對振鈴有所影響。在集成驅動(dòng)器中，PWM頻率可通過(guò)配置寄存器來(lái)更改。例如，DRV10983-Q1有兩個(gè)頻率(25kHz和50kHz)可供選擇。

用于降低EMI的一種常見(jiàn)技術(shù)是抖動(dòng)主時(shí)鐘頻率。抖動(dòng)通過(guò)在頻譜兩端擴展開(kāi)，來(lái)降低峰值頻率的振幅。

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

在未來(lái)的博客中，我將討論啟動(dòng)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時(shí)的再同步、正弦換向和許多其他使電機驅動(dòng)器變得智能的集成功能。