1.前言

智能集成電機(jī)驅(qū)動器和無刷直流 (BLDC) 電機(jī)都可以幫助電動汽車和下一代汽車變得更具吸引力、可行性和可靠性。

集成電機(jī)驅(qū)動器結(jié)合了驅(qū)動電機(jī)所需的一切，例如場效應(yīng)晶體管 (FET)、柵極驅(qū)動器和狀態(tài)機(jī)，如圖 1 所示。電機(jī)，并具有更小的印刷電路板 (PCB) 尺寸和整體系統(tǒng)成本的額外優(yōu)勢。

BLDC 電機(jī)在汽車應(yīng)用中的優(yōu)勢包括效率、緊湊的尺寸、更長的電機(jī)和電池壽命、更安靜的車內(nèi)體驗(yàn)以及更好的電磁干擾 (EMI) 性能。

圖 1：智能集成 BLDC 電機(jī)驅(qū)動器

2.汽車應(yīng)用 BLDC 系統(tǒng)中的 EMI 管理

BLDC 電機(jī)以 10-100kHz 范圍內(nèi)的高開關(guān)頻率驅(qū)動。在這種高頻下，高 dv/dt 和寄生電感的結(jié)合會導(dǎo)致開關(guān)節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)高頻振鈴。這種振鈴會發(fā)出高頻噪聲，可能會干擾汽車中的其他組件。

如圖 2 和圖 3 所示，調(diào)整所施加電壓的壓擺率有助于減少振鈴引起的干擾。在分立系統(tǒng)中，調(diào)整柵極驅(qū)動器電阻會修改電壓的壓擺率。您必須手動更改電阻值并根據(jù)測試結(jié)果選擇最佳值。手動更換電阻器的過程很繁瑣，需要多次迭代 PCB，這會增加整體尺寸和復(fù)雜性。

對于像 DRV10983-Q1 這樣的集成驅(qū)動器，柵極電阻器不可訪問且無法更改——這并不是一件壞事。例如，在DRV10983-Q1 中集成了壓擺率控制；您可以通過更改寄存器值輕松更改此壓擺率，從而加快 EMI 測試模塊的整個(gè)過程。

圖 2：DRV10983-Q1 和 BLDC 電機(jī)的 EMI 測量示例，壓擺率為 120V/μs

圖 3：DRV10983-Q1 和 BLDC 電機(jī)壓擺率為 35V/μs 的 EMI 測量示例

另一種提高 EMI 性能的方法是改變脈寬調(diào)制 (PWM) 開關(guān)頻率。PWM 開關(guān)頻率對振鈴有影響。在集成驅(qū)動器的情況下，可以通過配置寄存器來更改此 PWM 頻率。例如，DRV10983-Q1 有兩個(gè)頻率（25kHz 和 50kHz）可供選擇。

一種用于降低 EMI 的常用技術(shù)是抖動主時(shí)鐘頻率。抖動通過將峰值頻率擴(kuò)展到整個(gè)頻譜來降低峰值頻率的幅度。

通過使用具有完全集成功能（如壓擺率控制、可變 PWM 開關(guān)頻率和抖動）的電機(jī)驅(qū)動器，您可以減少用于濾波的外部組件數(shù)量。這節(jié)省了系統(tǒng)成本、電路板空間，以及——最重要的是——找出排放源所需的時(shí)間和重新設(shè)計(jì)電路板的工作量。

3. 驅(qū)動無刷直流 (BLDC) 電機(jī)的電機(jī)啟動技術(shù)

基于反電動勢 (BEMF) 估計(jì)的高級無傳感器算法需要 BEMF 的最小值來準(zhǔn)確估計(jì)轉(zhuǎn)子的位置，以在 180 度正弦模式下驅(qū)動 BLDC 電機(jī)。為了獲得最小 BEMF 值，電機(jī)最初通過開環(huán)階段驅(qū)動，直到達(dá)到最小速度，然后使用估計(jì)的 BEMF 在閉環(huán)中進(jìn)行換向。電機(jī)啟動分為兩個(gè)階段：一是電機(jī)靜止時(shí)；其次，當(dāng)它在沒有 BEMF 信息的情況下開始加速時(shí)，如圖 1 所示。

圖 1：BLDC 電機(jī)的啟動曲線，如 TI DRV10983-Q1、DRV10987 和 DRV10983 的數(shù)據(jù)表所示

在開環(huán)期間，電機(jī)在沒有關(guān)于轉(zhuǎn)子位置的任何信息的情況下驅(qū)動。這一階段的開環(huán)換向，也稱為盲換向，非常重要，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到系統(tǒng)的可靠性。如果盲換向配置不正確，電機(jī)將啟動、失去同步和堵轉(zhuǎn)。

至關(guān)重要的是，在開環(huán)狀態(tài)期間，驅(qū)動器可以將電機(jī)加速到足以準(zhǔn)確估計(jì) BEMF 的速度。在這種開環(huán)狀態(tài)期間，它還應(yīng)該能夠支持負(fù)載。達(dá)到交接速度后，驅(qū)動器從開環(huán)切換到閉環(huán)。該切換速度將根據(jù)電機(jī)的扭矩常數(shù) (Kt) 而變化；也就是說，具有較高轉(zhuǎn)矩常數(shù)的電機(jī)需要較低的切換速度，反之亦然。

因此，驅(qū)動器應(yīng)該能夠提供變速曲線以支持開環(huán)加速、可調(diào)節(jié)電流以支持各種負(fù)載以及可調(diào)節(jié)的切換速度。對于集成驅(qū)動程序，您可以通過配置少量電可擦除可編程只讀存儲器 (EEPROM) 寄存器來實(shí)現(xiàn)這種盲啟動。此功能在 DRV10983-Q1、DRV10987 或 DRV10983 等集成驅(qū)動器或 DRV10x 系列的任何其他無傳感器驅(qū)動器中可用。

系數(shù) A1 和 A2 設(shè)置加速度，Op2ClsThr 設(shè)置切換速度，也稱為開環(huán)到閉環(huán)閾值。見等式 1：

如公式 1 所示，具有二階加速度的優(yōu)勢之一是它使您能夠驅(qū)動電機(jī)以匹配機(jī)械負(fù)載曲線。它還允許軟啟動，這意味著電機(jī)將以較慢的速度啟動，并隨著速度的增加逐漸增加加速度，如圖 1 和圖 2 所示。此功能對于具有高慣性負(fù)載的電機(jī)很有用。

圖 2：開環(huán)加速期間的軟啟動

集成驅(qū)動器不僅能夠使用盲換向啟動電機(jī)；它還能夠通過軟開環(huán)加速平穩(wěn)啟動電機(jī)。這些功能將有助于旋轉(zhuǎn)具有不同負(fù)載的各種電機(jī)。在下一部分中，我將探索不同的技術(shù)來啟動電機(jī)以達(dá)到靜止位置。