您是否曾想過，三相 BLDC 電機(jī)控制解決方案的開發(fā)可以像使用模擬 IC 構(gòu)建應(yīng)用電路一樣簡單，添加一些分立無源元件即可完成任務(wù)?有沒有一種解決方案可以消除復(fù)雜的電機(jī)控制軟件開發(fā)的負(fù)擔(dān)?

為了回答這些問題，讓我們首先深入了解并使用現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)組件虛擬構(gòu)建正弦無傳感器電機(jī)控制的系統(tǒng)框圖。正弦、無傳感器控制需要復(fù)雜的 16 位和/或 32 位微控制器 (MCU)，時(shí)鐘頻率在 ~25MHz-50MHz 范圍內(nèi)，集成多通道 10 位 ADC，帶 16 位計(jì)數(shù)器的 PWM 模塊，串行用于監(jiān)控的通信能力和實(shí)時(shí)調(diào)試支持。MCU 及其嵌入式軟件對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)執(zhí)行非常重要的功能。基于通過 ADC 感測(cè)的電機(jī)電壓和電流信號(hào)，它求解控制算法的數(shù)學(xué)方程，并生成旋轉(zhuǎn)電機(jī)所需的 PWM 控制信號(hào)。當(dāng)然，MCU 產(chǎn)生的 PWM 信號(hào)不能直接用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因?yàn)檫@些信號(hào)大多是 3.3-V/5-V 電平信號(hào)，沒有太多的電流驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度。這些信號(hào)在將它們應(yīng)用到三相 H 橋之前需要通過前置柵極驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行放大。雖然三相 H 橋?qū)嶋H上為電機(jī)提供所需的電壓和電流，但前置柵極驅(qū)動(dòng)器部分執(zhí)行兩項(xiàng)重要任務(wù)：(1) 為 FET 柵極提供所需的峰值電流，以便在該范圍內(nèi)快速打開/關(guān)閉它們10 kHz-30 kHz 和 (2) 電平轉(zhuǎn)換三個(gè)高端 FET 的 PWM 信號(hào)。這些是 BLDC 電機(jī)控制系統(tǒng)最重要的構(gòu)建模塊(如圖 1 所示)，但這些模塊不足以構(gòu)建完整的解決方案。這些信號(hào)在將它們應(yīng)用到三相 H 橋之前需要通過前置柵極驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行放大。雖然三相 H 橋?qū)嶋H上為電機(jī)提供所需的電壓和電流，但前置柵極驅(qū)動(dòng)器部分執(zhí)行兩項(xiàng)重要任務(wù)：(1) 為 FET 柵極提供所需的峰值電流，以便在該范圍內(nèi)快速打開/關(guān)閉它們10 kHz-30 kHz 和 (2) 電平轉(zhuǎn)換三個(gè)高端 FET 的 PWM 信號(hào)。這些是 BLDC 電機(jī)控制系統(tǒng)最重要的構(gòu)建模塊(如圖 1 所示)，但這些模塊不足以構(gòu)建完整的解決方案。這些信號(hào)在將它們應(yīng)用到三相 H 橋之前需要通過前置柵極驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行放大。雖然三相 H 橋?qū)嶋H上為電機(jī)提供所需的電壓和電流，但前置柵極驅(qū)動(dòng)器部分執(zhí)行兩項(xiàng)重要任務(wù)：(1) 為 FET 柵極提供所需的峰值電流，以便在該范圍內(nèi)快速打開/關(guān)閉它們10 kHz-30 kHz 和 (2) 電平轉(zhuǎn)換三個(gè)高端 FET 的 PWM 信號(hào)。這些是 BLDC 電機(jī)控制系統(tǒng)最重要的構(gòu)建模塊(如圖 1 所示)，但這些模塊不足以構(gòu)建完整的解決方案。(1) 為 FET 柵極提供所需的峰值電流，以便在 10 kHz-30 kHz 范圍內(nèi)快速打開/關(guān)閉它們;(2) 對(duì)三個(gè)高側(cè) FET 的 PWM 信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。這些是 BLDC 電機(jī)控制系統(tǒng)最重要的構(gòu)建模塊(如圖 1 所示)，但這些模塊不足以構(gòu)建完整的解決方案。(1) 為 FET 柵極提供所需的峰值電流，以便在 10 kHz-30 kHz 范圍內(nèi)快速打開/關(guān)閉它們;(2) 對(duì)三個(gè)高側(cè) FET 的 PWM 信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。這些是 BLDC 電機(jī)控制系統(tǒng)最重要的構(gòu)建模塊(如圖 1 所示)，但這些模塊不足以構(gòu)建完整的解決方案。

例如，要從高壓直流向 MCU 提供 3.3 或 5V 的直流電源，為柵極驅(qū)動(dòng)器生成 12V 的電壓，就需要一個(gè) dc-dc 轉(zhuǎn)換器。同樣，需要感測(cè)直流母線電壓以有效運(yùn)行控制算法、保護(hù)功能和電機(jī)電流。使用電阻分壓器可以直接進(jìn)行電壓檢測(cè)，但電流檢測(cè)在系統(tǒng)中增加了外部分流電阻器和差分放大器。

現(xiàn)在想象一下，使用分立的現(xiàn)成設(shè)備轉(zhuǎn)換為實(shí)際設(shè)計(jì)。完成原理圖需要幾頁原理圖和幾天的時(shí)間。然后，完成布局并構(gòu)建 PCB 將需要數(shù)周時(shí)間，而軟件開發(fā)則需要數(shù)周時(shí)間。軟件開發(fā)意味著為無傳感器、磁場(chǎng)定向控制算法及其相關(guān)數(shù)學(xué)塊、Clarke/Park 變換、空間矢量調(diào)制 (SVPWM)、比例 + 積分 (PI) 控制器和速度/位置觀測(cè)器構(gòu)建源代碼。因此，正如您所見，開發(fā)電機(jī)控制解決方案可能非常復(fù)雜且具有挑戰(zhàn)性。

直到，您找到 TI 的DRV10983。該 IC 為三相 BLDC 電機(jī)的正弦無傳感器控制提供了一個(gè)完整的單芯片系統(tǒng)解決方案。DRV10983能夠在 24Vdc 下提供高達(dá) 2A 的連續(xù)驅(qū)動(dòng)電流。

基于 FET 的三相 H 橋電機(jī)控制解決方案的所有構(gòu)建模塊(包括相關(guān)的分立元件和電機(jī)控制算法)都集成在DRV10983中。

只需在DRV10983周圍添加一些分立無源器件，即可完成整個(gè)系統(tǒng)解決方案。與使用分立 MCU、柵極驅(qū)動(dòng)器和 FET 開發(fā)傳統(tǒng)解決方案相比，開發(fā) PCB 布局要簡單得多且成本更低。布局完成后，您只需使用 SDA/SCL 輸入通過 I 2 C 接口設(shè)置電機(jī)電路參數(shù);使用電位器或 PWM(上面未顯示)提供速度命令并開始運(yùn)行電機(jī)。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱DRV10983 數(shù)據(jù)表。