電機應用呈上升趨勢，過去十年中功率 MOSFET 器件的成本顯著降低，特別是用于低壓(小于 100 伏)電機驅(qū)動應用的 MOSFET 柵極驅(qū)動 IC 以及微控制器，簡化了實施離散設計。以下是您需要了解的基礎知識，以便讓經(jīng)濟高效的高性能有刷直流、無刷直流、開關磁阻和步進電機設計為您工作。

所需的門驅(qū)動功能

如典型的電機驅(qū)動系統(tǒng)、，控制器從各種傳感器獲取輸入，為電機生成適當?shù)拈T脈沖。

柵極驅(qū)動電路需要：

? 在輸出開關的柵極和源極之間產(chǎn)生 5 到 15 伏的電平轉(zhuǎn)換輸出。

? 在開啟和關閉期間具有足夠的電流能力來對開關電容進行充電和放電。

典型的柵極驅(qū)動電路：為低側開關生成柵極電壓很簡單，因為它以地為參考。但高端開關存在問題。來自軌到軌的柵極控制電壓必須以 MOSFET 的源極端子為參考，在這種情況下，它不接地。

我們可以使用浮柵電源、脈沖變壓器或電荷泵來克服這個問題。引導技術是最便宜和最常用的一種。

其他所需特性

提供連續(xù)柵極驅(qū)動： 在典型操作中，自舉電容最終會放電以關閉高側開關。有時，高端設備必須無限期地保持開啟，例如在停止運行期間。當使用無刷直流電機和開關磁阻電機時，這種設計考慮尤為重要。在這種情況下，自舉電容器中的電荷可能不足以保持高側開關處于開啟狀態(tài)。與高端開關一起激活的低電流補足電荷泵是一種維持自舉電容電壓的廉價方法。

死區(qū)時間調(diào)整： 電機驅(qū)動電路通常包括一個高阻值柵極電阻器來驅(qū)動大電流 MOSFET，以降低 EMI、噪聲和壓擺率。結果，切換時間更長。如果逆變器支路中的一個開關在另一個完全關閉之前打開，則會發(fā)生擊穿。為避免這種情況，您需要在驅(qū)動器電路中構建死區(qū)邏輯。

無刷直流電機 (BLDC) 正在整個應用范圍內(nèi)取代有刷直流電機，因為它們提供更好的扭矩-速度特性、更高的功率密度、低維護(無機械接觸刷)和更高的效率。與兩相 BLDC 相比，三相 BLDC 具有更高的功率密度并產(chǎn)生更平滑的扭矩。三相 BLDC 需要一個逆變器。

開關磁阻電機 (SRM) 需要一個雙正激變換器電橋。當一個支路中的兩個開關都打開時，一個相通電。BLDC 和 SRM 拓撲之間的一個區(qū)別是，用于 BLDC 的轉(zhuǎn)換器需要有死區(qū)時間保護，而用于開關磁阻電機的雙正激轉(zhuǎn)換器沒有死區(qū)時間要求。

保護： 設計人員喜歡輸出禁用功能，以在發(fā)生故障時關閉所有電源開關。當有運動部件時，安全很重要，電機也不例外。在某些應用中，還需要欠壓和過溫關斷保護。

低傳播延遲： 通常優(yōu)選小于 100 ns 的傳播延遲。

選擇正確的驅(qū)動程序IC

設計師有廣泛的選擇成本效益的集成電路來簡化門驅(qū)動的設計。但要明智地選擇芯片，以避免主要的陷阱。一個常見的錯誤是選擇了被高估的組件。例如，一個驅(qū)動IC額定工作與600伏的負載大約比一個80伏的應用程序慢。選擇前者進行低壓應用會增加開關損耗，降低效率，并降低系統(tǒng)的可控性。對于低壓應用，門驅(qū)動集成電路，如Intersil的HIP4086，提供了與TTL和CMOS邏輯輸入的兼容性，這擴展了其在不同處理器上的可用性。圖5顯示了如何將其應用于三階段操作。

連接在芯片的 RDEL 和 V DD 引腳之間的電阻控制頂部和底部開關之間的死區(qū)時間。電容器 C RFSH 控制在首次向 IC 供電時初始化自舉電容器上的電荷的脈沖持續(xù)時間。高側輸入為低電平有效，而低側輸入為高電平有效。因此，我們可以將它們捆綁在一起，從而減少此類應用中的外部組件數(shù)量，例如，使用空間矢量調(diào)制。為三相應用使用三個半橋驅(qū)動器是另一種選擇。然而，這增加了元件數(shù)量和電路板復雜性。

對于電機僅提供幾瓦功率的應用，有刷直流電機可能是最經(jīng)濟實用的選擇。我們可以使用分立電路，但使用集成電機驅(qū)動器 IC 將大大降低成本。例如，Intersil 的 HIP4020 是一款驅(qū)動器加轉(zhuǎn)換器 IC，可為低功率有刷直流或步進電機控制提供單步解決方案。它提供四象限操作，并且有針對故障和過熱條件的關閉選項。對于更高功率的有刷直流電機，可以使用一個全橋或兩個帶有外部 MOSFET 的半橋驅(qū)動器 IC。