安森美半導(dǎo)體在電機驅(qū)動器領(lǐng)域有超過25年經(jīng)證實的領(lǐng)先地位,，自2010年以來售出了20多億片電機驅(qū)動器,，是全球BLDC冷卻風(fēng)機和全球白家電電機驅(qū)動器方案的領(lǐng)袖，擁有步進,、直流和無刷直流(BLDC)電機驅(qū)動器的最寬廣的產(chǎn)品陣容,，在售產(chǎn)品達400多款，并持續(xù)改進以實現(xiàn)零缺陷和符合不斷發(fā)展的ISO標(biāo)準(zhǔn),。

　　安森美半導(dǎo)體利用技術(shù)專長,，致力于使電機驅(qū)動器方案提供更小尺寸、更高能效和更高系統(tǒng)可靠性,，如通過集成的方案,、單電源運行、內(nèi)置系統(tǒng)保護,、小封裝等實現(xiàn)更小占位,，通過低導(dǎo)通電阻/飽和電壓、同步整流,、軟脈寬調(diào)制(PWM)開關(guān),、低功耗等實現(xiàn)更高能效，通過內(nèi)置過溫,、欠壓,、過壓、過流,、擊穿等系統(tǒng)保護和寬工作電壓范圍實現(xiàn)更高系統(tǒng)可靠性,。

　　電機及其驅(qū)動器的基礎(chǔ)知識

　　電機分為交流電機和直流電機兩大類，其中直流電機市場潛力巨大,，全球目標(biāo)市場容量(SAM)超過10億美元,，主要有步進,、有刷和無刷等類別。步進電機易于控制位置,，無需反饋,，控制信號可以是簡單的PWM脈沖串，易于接口到MCU,，但能效較低,，有相對高的噪聲、震動和電磁干擾(EMI)等問題,，通常通過微步數(shù)字通信克服這些缺點,；直流有刷電機易于驅(qū)動，可通過PWM控制驅(qū)動速度,，成本低,，能效高，但容易磨損,，使用壽命較短,，會產(chǎn)生電刷火花和嚴重的EMI等問題，難以高速驅(qū)動,； BLDC相對有更多的優(yōu)勢,，因為無電刷，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)非常簡單和強固,，所以噪聲低,，無磨損，使用壽命長,，可靠性高,，且可高速運轉(zhuǎn)，但需要復(fù)雜的驅(qū)動電路,，成本相對較高,。

　　按集成度的不同，有3種電機驅(qū)動器方案：系統(tǒng)單芯片(SoC)方案,、集成的控制方案(ICS)和門極驅(qū)動器方案,。SoC方案將DC-DC、門極驅(qū)動器,、控制器,、逆變器及反饋/保護等集成到單個芯片上，集成度高,，適合空間受限的應(yīng)用,，簡單易用；ICS方案相對于SoC方案,，沒有集成逆變器,，因而可通過外部MOSFET支持寬范圍的功率,，適用于功率較大的應(yīng)用，靈活性較高,；門極驅(qū)動器方案則只集成DC-DC,、門極驅(qū)動器和反饋/保護，因為控制器和功率器件都在外部,，所以具有最高的靈活度,。

　　標(biāo)準(zhǔn)的BLDC方案

　　安森美半導(dǎo)體的BLDC電機驅(qū)動器方案已廣泛應(yīng)用于計算機、服務(wù)器,、電動工具,、打印機、冰箱,、微波爐和汽車等應(yīng)用,。如圖1所示，根據(jù)輸出電流和電壓范圍的不同,，我們標(biāo)注出了不同的BLDC電機驅(qū)動器方案更適合的應(yīng)用,。

　　圖1：安森美半導(dǎo)體廣博的BLDC電機驅(qū)動器方案陣容

　　更高能效、更低噪聲：單霍爾180度系列BLDC電機驅(qū)動器

　　能效標(biāo)準(zhǔn)在不斷提高,，同時消費者還希望產(chǎn)品能更平穩(wěn),、低噪聲的工作。為幫助設(shè)計人員解決這些挑戰(zhàn),，安森美半導(dǎo)體推出3款180°正弦波驅(qū)動3相BLDC電機的器件：LV8811、LV8813和LV8814(如圖2所示),，適用于家電如冰箱的散熱風(fēng)扇,，游戲機和計算設(shè)備，這3款器件可由單個霍爾傳感器控制,，降低系統(tǒng)成本,，導(dǎo)通電阻低至0.5 ?，超前角易于調(diào)整,，提供PWM軟開關(guān)和同步整流,，因而可實現(xiàn)更高能效。在系統(tǒng)可靠性方面,，此3款器件結(jié)合過流,、過壓、欠壓和過溫等保護功能,，還包括鎖定轉(zhuǎn)子保護和自動恢復(fù)機制,，集成度高，簡化電機控制電路設(shè)計,，減少噪聲和振動,，軟啟動和關(guān)斷功能確保持續(xù)的工作穩(wěn)定性,。此外，這3款器件高度靈活,，可通過一個直流電壓或PWM輸入進行速度控制,，還可設(shè)定最小PWM占空比，無需軟件因而省去軟件開發(fā)時間,。

　　圖2：單霍爾180度BLDC電機驅(qū)動器框圖及封裝外形圖

　　1. LV8811,、LV8813和LV8814可滿足設(shè)計應(yīng)用的不同需求

　　LV8811、LV8813和LV8814的最大電源電壓,、最大輸出電流,、REG引腳和HB引腳的最大輸出電流都是相同的，VCC工作電壓范圍分別為3.6 V至16 V,、6 V至16 V,，和3.6 V至16 V，低壓關(guān)斷閾值分別為2.5 V ,、3.8 V和2.5 V,。設(shè)計人員可根據(jù)不同的應(yīng)用需求，選擇適合的型號,。這3款器件最大的不同在于占空比：LV8811的啟動相對較復(fù)雜,，其脈寬變化較為平滑，占空比從6%到5%,，再到20%,，最后到15%，可減少啟動時的震動,；LV8813和LV8814的啟動PWM占空比則設(shè)定為從50%到25%,，有助于提供啟動時較大的扭矩。LV8811和LV8813采用集成散熱盤的TSSOP20 封裝,，LV8814采用未集成散熱盤的SSOP20封裝,。

　　2. 單霍爾方案的啟動過程

　　首先，電機通過調(diào)整操作模式找到一個固定的位置,，以減少由于依賴啟動位置的啟動故障,。如果霍爾IC檢測到調(diào)整過程中的變化，會延長調(diào)整操作,，然后在完成調(diào)整過程后立即執(zhí)行180度驅(qū)動,。如圖3所示，首先通過霍爾IC檢測轉(zhuǎn)子的極性(N或S),，然后根據(jù)檢測結(jié)果進入目標(biāo)位置,，隨后提出轉(zhuǎn)矩，開始轉(zhuǎn)動,，通過檢測開關(guān)時間,，最終開始正弦波驅(qū)動,。

　　圖3：從單個霍爾IC中的信息，生成一組A至C和D至F的位置,。

　　3. 單霍爾相對于其它驅(qū)動方式的優(yōu)勢

　　對比3霍爾3相驅(qū)動器,、單霍爾3相驅(qū)動器和無傳感器3相驅(qū)動器，3霍爾驅(qū)動器可靠性最高,，速度快,，但需要使用3個霍爾，占板面積和偏置電流較大,，成本較高,；無傳感器驅(qū)動器無需霍爾元件，占板面積小,，結(jié)構(gòu)緊湊,，無偏置電流，但采用非正弦驅(qū)動方式驅(qū)動,，可靠性和速度方面都低于霍爾類驅(qū)動,；單霍爾驅(qū)動器則是3霍爾和無傳感器方案的折中方案。

　　表1對比了安森美半導(dǎo)體的單霍爾驅(qū)動方案LV8813與無傳感器BLDC驅(qū)動方案LV8804的工作電壓范圍,、最大輸出電流Io,、驅(qū)動方式、傳感器,、速度控制信號,、外部元件及調(diào)整元件?？梢钥吹?，LV8813在速度控制方面更靈活，所需的調(diào)整元件引腳更少更簡單,。

　　表1：LV8813 vs. LV8804

　　LV8813采用軟啟動的啟動方式，在啟動調(diào)整時間1 s 后,，開始以25%的占空比開始運轉(zhuǎn),，隨后轉(zhuǎn)向目標(biāo)占空比的工作模式，該過程的變化速率為26%/s,。由于LV8813采用180°驅(qū)動方式,，工作時的正弦波形更為光滑、完整,，而LV8804FV 采用150°驅(qū)動方式,，波形會有一些毛刺和不規(guī)則。

　　此外,，我們對LV8813和LV8804進行了能效測試,。如圖4所示,，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于1,100 rpm時，LV8804 和LV8813 表現(xiàn)出差不多的能效(電機A),，但當(dāng)轉(zhuǎn)速提高到1,100 rpm以上時,，LV8813 比LV8804能效更高(電機B)。

　　圖4：LV8804 vs. LV8813能效測試

　　步進方案

　　安森美半導(dǎo)體也提供步進電機驅(qū)動器方案,，其中15 V以下的系列廣泛應(yīng)用于玩具,、監(jiān)控攝像、冰箱,、微波爐,、煤氣爐、洗衣機,、舞臺燈等,，24 V系列則主要集中在工業(yè)應(yīng)用，如打印機,、自動販賣機,、收音機、縫紉機,、工業(yè)機器人等,。圖5為安森美半導(dǎo)體的12 V以上和3-15 V H橋/步進電機驅(qū)動器陣容。

　　圖5：安森美半導(dǎo)體的H橋/步進電機驅(qū)動器陣容

　　汽車BLDC方案

　　除了傳統(tǒng)的BLDC和步進應(yīng)用,，安森美半導(dǎo)體還專注于汽車BLDC應(yīng)用領(lǐng)域,，如各種泵、自動空調(diào)(HVAC)風(fēng)機,、座椅風(fēng)扇,、散熱器風(fēng)扇、LED大燈風(fēng)扇等,，可針對不同的功率級別提供相應(yīng)的BLDC方案,。如適用于油泵、水泵,、散熱器風(fēng)扇,、HVAC等應(yīng)用的無傳感器150度3相BLDC 預(yù)驅(qū)動器LV8907，內(nèi)置門極驅(qū)動,、LIN收發(fā)器和低壓降穩(wěn)壓器(LDO),，將占板面積減至最小，配合外部功率MOSFET可實現(xiàn)不同的功率等級輸出,。該器件通過了AEC-Q100認證,，結(jié)溫最高達175 ?C，無需軟件，集成逐周期限流,、過流保護,、過壓/欠壓保護、過溫保護,、堵轉(zhuǎn)保護等豐富的保護特性,，可靠性極高。此外,，LV8907可靈活地通過OTP設(shè)置實現(xiàn)單獨的工作模式和通過SPI進行實時控制,。

　　圖6：LV8907框圖

　　總結(jié)

　　安森美半導(dǎo)體擁有強大的電機驅(qū)動技術(shù)及成熟的電機驅(qū)動市場經(jīng)驗，寬廣的產(chǎn)品線覆蓋BLDC,、步進電機和汽車等應(yīng)用領(lǐng)域,，并配合市場和設(shè)計人員的需求不斷創(chuàng)新，其最新的單霍爾180度BLDC驅(qū)動系列LV881X,，通過180°正弦驅(qū)動提升電機系統(tǒng)能效及減小噪聲,，并省去軟件開發(fā)，節(jié)省開發(fā)時間和工作量,，為冰箱的散熱風(fēng)扇及游戲機和計算設(shè)備等驅(qū)動應(yīng)用提供理想的方案,。