2018年3月13日,，致力于亞太地區(qū)市場(chǎng)的領(lǐng)先半導(dǎo)體元器件分銷商---大聯(lián)大控股 <http://www.wpgholdings.com/>宣布,，其旗下世平推出基于德州儀器（TI）產(chǎn)品的推出有刷式直流電機(jī)參考設(shè)計(jì)，由DRV8701柵極驅(qū)動(dòng)器、MSP430G2553IPW20超低功耗微控制器,、CSD18540Q5B 60V N溝道MOSFET和LMT86DCKT精密CMOS溫度傳感器等器件組成。
有刷電機(jī)由于其低價(jià)和簡(jiǎn)單的控制方案,，成為相對(duì)受歡迎的電機(jī)設(shè)計(jì)選項(xiàng),。有刷電機(jī)具有繞線轉(zhuǎn)子和永磁定子。電機(jī)的換向通過(guò)導(dǎo)電環(huán)實(shí)現(xiàn)：此導(dǎo)電環(huán)連接到轉(zhuǎn)子,，而轉(zhuǎn)子使用刷子在換向器環(huán)上刮擦,，從而實(shí)現(xiàn)換向。因此,，流經(jīng)電機(jī)的電流方向可根據(jù)刷子方向和不同換向環(huán)而改變,。利用H橋可對(duì)有刷直流電機(jī)迅速高效地實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的方向變更和速度控制變更。需要使用電子驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制有刷直流電機(jī)中的電機(jī)電流,。電子驅(qū)動(dòng)電路包含具有兩相逆變器的功率級(jí)（滿足所需功率強(qiáng)度）,、用于實(shí)施電機(jī)速度命令和故障處理的微控制器、用于電機(jī)啟動(dòng)/停止保護(hù)的電流感應(yīng)功能,、用于控制兩相逆變器的柵極驅(qū)動(dòng)器以及用于微控制器和其他低壓器件的電源,。
此次大聯(lián)大世平推出的有刷式直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括：
帶有兩相逆變器的功率級(jí)滿足所需的功率容量；
微控制器實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度命令和故障處理,；
電機(jī)啟動(dòng)/失速保護(hù)的電流檢測(cè),；
用于控制兩相逆變器的柵極驅(qū)動(dòng)器。
圖示1-大聯(lián)大世平推出基于TI產(chǎn)品的有刷式直流電機(jī)參考設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)圖
功能描述
脈寬調(diào)制（PWM）和相位控制：
在有刷直流（BDC）電機(jī)中,，可以使用一個(gè)簡(jiǎn)單的脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)來(lái)控制該電機(jī)轉(zhuǎn)子的速度,。由于PWM信號(hào)的占空比改變了傳送的平均電壓到電機(jī)是不同的，允許不同的轉(zhuǎn)子速度,，而不會(huì)通過(guò)一個(gè)電阻電位器,。然后使用兩相逆變器控制電機(jī)的方向這允許使用四個(gè)快速改變提供給電機(jī)的電流的方向獨(dú)立控制的MOSFET。如圖所示,。
圖示2-大聯(lián)大世平代理的TI產(chǎn)品的有刷直流電機(jī)工作示意圖
用于控制電機(jī)的PWM信號(hào)是使用MSP430G2553產(chǎn)生的,。通過(guò)取樣速度電位器的滑動(dòng)電壓并將該樣本與Timer_A進(jìn)行比較MSP430的PWM信號(hào)具有不同的占空比和恒定的開(kāi)關(guān)頻率創(chuàng)建。
圖示3-大聯(lián)大世平代理的TI產(chǎn)品的有刷直流電機(jī)工作示意圖
電流斬波使用VREF
為了控制通過(guò)電機(jī)的電流,，檢測(cè)電阻被放置在H橋的底部在兩個(gè)低端MOSFET的源極和地之間,。一個(gè)內(nèi)部運(yùn)算放大器然后將DRV8701連接在檢測(cè)電阻和地之間,，使驅(qū)動(dòng)器可以測(cè)量電壓降并通過(guò)比例因子AV放大以產(chǎn)生更大的幅度值。該電壓被稱為VSO,，并與VREF引腳上設(shè)置的電壓進(jìn)行比較,；如果VSO大于或等于VREF時(shí)，電橋停止產(chǎn)生柵極信號(hào)直到電壓已經(jīng)降到VREF以下,，如果VSO小于VREF,，那么橋?qū)⒗^續(xù)產(chǎn)生門電路信號(hào)。
VSO涉及使用等式1的通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流：VSO=AV*（IDRIVE*RSENSE）（1）
如果VSO大于或等于VREF,，則SNSOUT引腳的輸出被拉低指示驅(qū)動(dòng)器故障,，DRV8701正在切斷門信號(hào)。而VSO是小于VREF時(shí),，SNSOUT引腳的輸出可通過(guò)外部上拉電阻拉高至邏輯高電平表示器件工作在典型的驅(qū)動(dòng)電流狀態(tài),。下面的圖顯示了電流斬波驅(qū)動(dòng)電流方案。在圖中,，電機(jī)正在初始驅(qū)動(dòng),，電流從電源中汲取增加。一旦在檢測(cè)電阻（VSO）上測(cè)得的電壓等于或大于此值,，比VREF的SNSOUT引腳被拉低,，輸出門信號(hào)被切斷該P(yáng)WM開(kāi)關(guān)間隔的其余部分。在下一個(gè)PWM開(kāi)關(guān)間隔的感應(yīng)在最后一個(gè)驅(qū)動(dòng)循環(huán)中,，電機(jī)仍然保持一部分電流流過(guò)電機(jī)在驅(qū)動(dòng)花費(fèi)較少的時(shí)間駕駛電動(dòng)機(jī)之前,，VSO等于VREF和到橋的門信號(hào)被切斷。
圖示4-大聯(lián)大世平代理的TI產(chǎn)品的有刷直流電機(jī)工作示意圖
IDRIVE
使用DRV8701為兩相逆變器中的MOSFET提供柵極信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)使用IDRIVE設(shè)置選擇ISINK和ISOURCE電流,?？刂频哪繕?biāo)ISOURCE和ISINK將調(diào)整提供給四個(gè)MOSFET的柵極的電流量H橋，并在沒(méi)有有源區(qū)和飽和區(qū)之間達(dá)到所需的轉(zhuǎn)換速率向設(shè)備提供過(guò)量的電流,。如果MOSFET的轉(zhuǎn)換速率太低，該器件將花費(fèi)太多的時(shí)間在下面的圖所示的米勒地區(qū),。
圖示5-大聯(lián)大世平代理的TI產(chǎn)品的有刷直流電機(jī)工作示意圖
產(chǎn)品特性
DRV8701ERGER是一款采用四個(gè)外部N溝道MOSFET的單一H橋柵極驅(qū)動(dòng)器,，面向雙相逆變器驅(qū)動(dòng)一個(gè)雙向有刷直流電機(jī)。階段/啟用（DRV8701E）控制方案允許簡(jiǎn)單地連接到單片機(jī)電路,。一個(gè)內(nèi)部檢測(cè)放大器允許使用外部檢測(cè)電阻進(jìn)行可調(diào)節(jié)的電流控制,。柵極驅(qū)動(dòng)器包括使用固定關(guān)斷時(shí)間PWM來(lái)控制繞組電流的能力電流切斷。DRV8701采用9.5 V VGS柵極驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)高端和低端FET來(lái)自一個(gè)集成的電荷泵,。所有外部FET的柵極驅(qū)動(dòng)電流可以是在IDRIVE引腳上配置一個(gè)外部電阻,。
MSP430G2553IPW20是一款超低功耗微控制器，由許多不同的器件組成特征,。其中一些功能包括五種不同的低功耗模式,，一個(gè)16位RISC CPU,、16位寄存器和常量發(fā)生器。使用數(shù)字控制振蕩器（DCO）MSP430G2553可以在低于1μs的時(shí)間內(nèi)從低功耗模式喚醒,。
CSD18540Q5B是一款60V N溝道MOSFET,，RDS額定值為1.8mΩ。該器件是功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用的理想選擇,，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)可將損耗降至最低,，而SON的尺寸僅為5mm×6mm。
LMT86DCKT是一款精密的CMOS溫度傳感器,，利用與溫度線性成反比的模擬輸出電壓,。該器件的工作電壓可低至2.2V，電源電流為5.4μA,，是電池供電應(yīng)用的理想器,。
圖示6-大聯(lián)大世平推出基于TI產(chǎn)品的有刷式直流電機(jī)參考設(shè)計(jì)方案照片
應(yīng)用
刷式直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；
直流充電（樁）站,；
電動(dòng)汽車充電站HMI模塊,；
電動(dòng)汽車充電站電源模塊；
物料搬運(yùn)（叉車,、倉(cāng)庫(kù)機(jī)器人等）,；
工業(yè)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)。