从硬盘驱动器走出来的TI电机驱动技术
发布时间：2014-9-4 15:08
发布者：eechina
关键词：
电机驱动
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德州仪器公司（TI）的电机驱动器已有超过15年的历史，产品销售累计超过10亿颗。可是，TI的电机驱动技术进军大众市场仅有几年的光景。2010年，TI成立了电机驱动事业部，正式为公开市场服务。 故事还要从硬盘的衰落说起。对于硬盘制造商来说，硬盘驱动器的衰落是件坏事；但对于更多采用电机的设备厂商来说，这却是件好事：因为拥有雄厚电机驱动技术的TI公司再也不能靠硬盘驱动器吃得饱饱的了。过去，TI只为硬盘驱动器、光盘驱动器、喷墨打印机、数码相机等大型厂商定制生产电机驱动器。现在，为“昔日王谢”们特供的技术开始走进“寻常百姓”的小厂家了。 近日，TI公司马达驱动产品线应用工程师左巍博士向媒体介绍了TI的电机驱动技术。左博士介绍说，TI的电机驱动器系列包括步进电机驱动、有刷直流电机驱动、无刷直流电机驱动、螺线管驱动和霍尔效应传感器IC，其应用范围涵盖从低端的玩具到高端的工业设备等各种设备。左博士说，TI的电机驱动技术优势明显，总体可概括为：更安全、更环保、更智能。 安全可靠 左博士说，高集成度和全面的保护功能使得TI的电机驱动器非常安全可靠。 高集成度 TI电机驱动器的高集成度提升了器件的可靠性，同时减小了PCB尺寸并缩减了BOM。为实现同等功能，离散方案需要超过100个器件：数字门电路、放大器、LDO、温度传感器和保险丝。TI高度整合的解决方案不仅节约了成本，而且大幅提高了电路的可靠性。 
全面保护 TI电机驱动器件的全面保护功能提升了系统的安全性，包括过流/短路保护、过热保护、欠压闭锁和击穿保护。 过电流保护：驱动器IC与地、电源或线圈之间的短路等情况都需要过流保护。不同于电流调节电路，TI的产品一般都包括另外一个保护电路“ILIMIT”。通过减小功率管的门级电压，其电源漏极电阻会增加，从而限制通过的电流。每个功率管都需要单独的保护机制，同時需要能迅速对过流情况进行反映，又不能有误判。下图所示为DRV88xx完全短路时的保护情况。 
欠压闭锁：芯片自行持续监测供电电压值，当电压过低时输出端被设置成高阻抗状态，确保H桥接正常运作状态。 击穿保护：同一个半桥的上低侧绝不允许同时打开，为了避免此现象的发生，高侧关断和低侧导通之间人为的增加一段延时（停滞时间）。停滞时间越长H桥接的运作越安全，但同时线性度和效率也越差。 热关断：过度发热、散热不足、环境温度过高等都可能对芯片造成损害。芯片内部放置了多个热感应器来持续监控温度。当芯片温度上升到过热的阀值时，H桥接将被设置成高阻，微步进细分也被重置-热关断。有些产品在热关断之前可以先进行预判，预判温度一般比热关断阀值低20~30 C°。 节能环保 TI采用先进的制造工艺，实现超低的导通电阻（RDSON），最低达到至1毫欧。此外，休眠模式和超高效的PWM及死区时间帮助TI的电机驱动芯片实现了高效率、低功耗。 除了节能，低功耗还减轻了芯片的散热压力。在此之上，TI独有的PowerPAD散热封装使得芯片可以通过裸焊盘散热，热量可以通过多层PCB板散出，这样就无需散热片，因而器件尺寸更小、可靠性更高。据称，DRV8818是温度最低的细分步进电机驱动器。相比其他互相接脚兼容的产品，DRV8818的温度要低过30%。 算法智能 无刷直流电机因其运行时不产生火花和寿命长的优点得到越来越广泛的应用。通常的直流无刷电机需要霍尔传感器来判断转子的位置以实现换向。但位置传感器增加了电机的成本和体积。TI公司开发的无传感器无刷直流电机驱动器利用反向电动势来判断转子的位置，在很多应用场合下可以替代有传感器的电机。 无传感器的无刷直流电机驱动技术需要先进的算法来实现。TI公司多年以来投入大量资源来进行电机驱动算法的开发。2009年，TI公司成立了Kilby电机实验室，与大学、客户合作开发新的电机驱动算法在工业界的现实应用。 左博士特别向我们展示了TI的三相无刷直流电机180°驱动技术。如下图所示，该技术使得电机能够实现平稳的扭矩输出。 
TI的智能算法另外表现在对步进电机的驱动上。以2.2A低电压内建整合1/32细分索引步进电机驱动器DRV8834为例，其动态消隐时间最优化过零失真，可变混合电流衰减比例最优化放电失真。其更小的失真意味着更小的转矩涟波，从而实现更平滑的电机运转。 
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