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功率电感:锂离子电池供电的无刷直流电机设计方案(下)

2015/5/13

  采用BLDC电机有多个理由。BLDC电机大转速(RPM)主要受转子结构限制,而有刷直流电机的转速主要受电刷本身的限制。大部分应用采用减小传动比的方法,将电机转速降低到应用所需的转速。由于无刷直流电机的转速要比有刷电机快很多倍,因此通过相应调整传动比,物理尺寸比较小的无刷直流电机可以产生同样的转速和作用扭矩。无刷直流电机的另一个显著优点是消除了电刷磨损及其产生的严重电磁干扰(EMI)。在延长工作时间方面,无刷直流电机的明显优势是效率高,一般优于同类有刷直流电机150%以上。

  无刷直流电机也有其自身的应用问题:主要是驱动电路增加了复杂性(参见图1)。单向有刷电机驱动应用中,只需要一个MOSFET桥路。双向有刷电机驱动需要两个桥路。功率电感而无刷直流电机即使单向应用也需要三个桥路。这种复杂性的提高要求减小体积或采用高功能集成电路,以减少元器件数量、物料清单(BOM)成本、节省有效空间,尤其是在空间受限的应用环境下,如电池供电的电钻。

  电池供电电机桥路驱动器应具备七种功能

  1.由于大部分电机驱动应用的桥路驱动器需要较低的偏置电流,控制器(一般为数字信号处理器(DSP)或微控制器)同样需要较低的偏置电流,因此集成线性稳压器(LDO)并带有使能控制用以支持桥驱动器的工作电压是需要的,桥路驱动器为12VDD,控制器为3.3VCC。

  2.可机械开关控制的LDO使能输入端的用以保证LDO无振动导通。

  3.保证超低静态电流,以减少电池电耗。理想情况下,可采用睡眠模式,当存在桥路电压,而应用不工作时,确保关闭驱动器。

  4.在电池电压低至5V的条件下保证桥路不间断运行。这可以通过~4.2V欠压锁定来实现。传统桥路驱动器UVLO典型值为7.5V。

  5.必须具备相位节点(HS)的高瞬间负偏压耐受能力。桥路FET开关电流逐渐提高已成为电机驱动的一种趋势(>200A)。随着开关电流提高以及非理想PCB布局结构的约束,减小PCB寄生电感造成的HS 引脚负瞬态高压冲击是PCB设计的难点。

  6.在大量应用中必须大限度减小封装尺寸,以节省布板空间。缩小封装还便于将驱动器安放在靠近FET的位置,缓解PCB布局欠佳带来的问题。

  7.驱动器桥路额定电压应达到50V ,保证电池电压在36V条件下还能可靠运行。

  由于能够显著地延长锂电池供电设备的电源使用时间和产品整体寿命,桥路驱动器特别适合用于新一代BLDC电动机驱动器。当前市场上,增强电池续航能力、设备使用寿命和高可靠性的产品成为消费者的首要选择。新型桥路驱动器支持锂电池供电的BLDC电机,满足并优于市场需求。

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梁先生05:11:48
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