電機(jī)應(yīng)用呈上升趨勢(shì)，過(guò)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(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng) IC 以及微控制器，簡(jiǎn)化了實(shí)施離散設(shè)計(jì)。以下是您需要了解的基礎(chǔ)知識(shí)，以便讓經(jīng)濟(jì)高效的高性能有刷直流、無(wú)刷直流、開(kāi)關(guān)磁阻和步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)為您工作。

所需的門驅(qū)動(dòng)功能

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

柵極驅(qū)動(dòng)電路需要：

? 在輸出開(kāi)關(guān)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(kāi)啟和關(guān)閉期間具有足夠的電流能力來(lái)對(duì)開(kāi)關(guān)電容進(jìn)行充電和放電。

典型的柵極驅(qū)動(dòng)電路：為低側(cè)開(kāi)關(guān)生成柵極電壓很簡(jiǎn)單，因?yàn)樗缘貫閰⒖?。但高端開(kāi)關(guān)存在問(wèn)題。來(lái)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(lái)克服這個(gè)問(wèn)題。引導(dǎo)技術(shù)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(dòng)： 在典型操作中，自舉電容最終會(huì)放電以關(guān)閉高側(cè)開(kāi)關(guān)。有時(shí)，高端設(shè)備必須無(wú)限期地保持開(kāi)啟，例如在停止運(yùn)行期間。當(dāng)使用無(wú)刷直流電機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)時(shí)，這種設(shè)計(jì)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(cè)開(kāi)關(guān)處于開(kāi)啟狀態(tài)。與高端開(kāi)關(guān)一起激活的低電流補(bǔ)足電荷泵是一種維持自舉電容電壓的廉價(jià)方法。

死區(qū)時(shí)間調(diào)整： 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路通常包括一個(gè)高阻值柵極電阻器來(lái)驅(qū)動(dòng)大電流 MOSFET，以降低 EMI、噪聲和壓擺率。結(jié)果，切換時(shí)間更長(zhǎng)。如果逆變器支路中的一個(gè)開(kāi)關(guān)在另一個(gè)完全關(guān)閉之前打開(kāi)，則會(huì)發(fā)生擊穿。為避免這種情況，您需要在驅(qū)動(dòng)器電路中構(gòu)建死區(qū)邏輯。

無(wú)刷直流電機(jī) (BLDC) 正在整個(gè)應(yīng)用范圍內(nèi)取代有刷直流電機(jī)，因?yàn)樗鼈兲峁└玫呐ぞ?速度特性、更高的功率密度、低維護(hù)(無(wú)機(jī)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(gè)逆變器。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī) (SRM) 需要一個(gè)雙正激變換器電橋。當(dāng)一個(gè)支路中的兩個(gè)開(kāi)關(guān)都打開(kāi)時(shí)，一個(gè)相通電。BLDC 和 SRM 拓?fù)渲g的一個(gè)區(qū)別是，用于 BLDC 的轉(zhuǎn)換器需要有死區(qū)時(shí)間保護(hù)，而用于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的雙正激轉(zhuǎn)換器沒(méi)有死區(qū)時(shí)間要求。

保護(hù)： 設(shè)計(jì)人員喜歡輸出禁用功能，以在發(fā)生故障時(shí)關(guān)閉所有電源開(kāi)關(guān)。當(dāng)有運(yùn)動(dòng)部件時(shí)，安全很重要，電機(jī)也不例外。在某些應(yīng)用中，還需要欠壓和過(guò)溫關(guān)斷保護(hù)。

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(dòng)程序IC

設(shè)計(jì)師有廣泛的選擇成本效益的集成電路來(lái)簡(jiǎn)化門驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)。但要明智地選擇芯片，以避免主要的陷阱。一個(gè)常見(jiàn)的錯(cuò)誤是選擇了被高估的組件。例如，一個(gè)驅(qū)動(dòng)IC額定工作與600伏的負(fù)載大約比一個(gè)80伏的應(yīng)用程序慢。選擇前者進(jìn)行低壓應(yīng)用會(huì)增加開(kāi)關(guān)損耗，降低效率，并降低系統(tǒng)的可控性。對(duì)于低壓應(yīng)用，門驅(qū)動(dòng)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(kuò)展了其在不同處理器上的可用性。圖5顯示了如何將其應(yīng)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(kāi)關(guān)之間的死區(qū)時(shí)間。電容器 C RFSH 控制在首次向 IC 供電時(shí)初始化自舉電容器上的電荷的脈沖持續(xù)時(shí)間。高側(cè)輸入為低電平有效，而低側(cè)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(yīng)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(yīng)用使用三個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)器是另一種選擇。然而，這增加了元件數(shù)量和電路板復(fù)雜性。

對(duì)于電機(jī)僅提供幾瓦功率的應(yīng)用，有刷直流電機(jī)可能是最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的選擇。我們可以使用分立電路，但使用集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 IC 將大大降低成本。例如，Intersil 的 HIP4020 是一款驅(qū)動(dòng)器加轉(zhuǎn)換器 IC，可為低功率有刷直流或步進(jìn)電機(jī)控制提供單步解決方案。它提供四象限操作，并且有針對(duì)故障和過(guò)熱條件的關(guān)閉選項(xiàng)。對(duì)于更高功率的有刷直流電機(jī)，可以使用一個(gè)全橋或兩個(gè)帶有外部 MOSFET 的半橋驅(qū)動(dòng)器 IC。