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用于工業自動化的無刷直流電機

發布時間:2022-12-30 來源:Onsemi 責任編輯:wenwei

【導讀】工業或工廠自動化是 BLDC 電機在工業細分領域增長最快的終端應用之一。隨著工廠從更傳統的有刷或步進電機轉向 BLDC發展,以獲得更高的效率和性能,對三相柵極驅動器的需求也在增長。在工廠機器人和協作機器人等終端應用設計中會使用多個電機。


NCD83591是一款60 V、3相柵極驅動器,專為無刷直流(以下簡稱“BLDC”)電機應用而設計,集成了三個獨立的半橋驅動器和一個檢測放大器,以提供簡單易用的柵極驅動器。該方案憑借其小封裝尺寸和柵極驅動架構提供高功率密度且易于使用,是工業應用的理想選擇。NCD83591的最大輸入電壓為60 V,提供了充足的裕量以驅動額定電壓通常在12至42 V的電機,適用于大多數工業自動化應用。再加上NCD83591具有工業客戶非常重視的高功率密度和易用性,為這些應用提供了一個理想的方案。


功率密度


NCD83591 采用 4 mm x 4 mm QFN-28 封裝,包括一個集成、完全可配置的電流檢測放大器、一個下橋 14 V 穩壓器和一個上橋電荷泵。該產品是業界尺寸最小的60 V、3相柵極驅動器,集成了至少一個檢測放大器。小巧的封裝尺寸和單個集成放大器為講究空間的應用提供了完美的BLDC電機驅動方案。該產品支持客戶快速實施梯形換向來驅動電機,同時最小化外部元件數以實現小的方案尺寸。與使用傳統的獨立半橋驅動器IC的分立方案相比,集成三相半橋驅動顯著縮小尺寸。


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圖 1:NCD83591 IC


易于使用-梯形電機控制


NCD83591柵極驅動器采用單個集成放大器,是梯形電機控制換向的理想產品。這種方法是工業市場上最常見的 BLDC 換向法,是最佳轉矩和設計簡單性之間的最佳平衡點。雖然磁場定向控制(FOC)和直接磁通控制(DFC)換向方法在更復雜的電機控制應用中越來越受歡迎,但從易用性的角度來看,梯形換向仍是 12 至 40 V BLDC 工業市場的標準。


易于使用的恒流柵極驅動


柵極驅動架構是使用NCD83591三相柵極驅動器的另一個優勢。該產品實現了恒流柵極驅動,而不是傳統的恒壓柵極驅動。恒流驅動提供相同的開關網絡(電機相位繞組)轉換時間,但節省了串聯柵極電阻的成本,且驅動電路更小。無需串聯柵極電阻器也有助于防止自導通。有關更多詳細信息,請參見下面的圖 2。然而,恒流柵極驅動最顯著的優點是IC能夠感測其驅動的FET的實際柵源(Vgs)電壓。柵極檢測功能使NCD83591在易用性方面脫穎而出,因為它可實現死區時間優化和真正的交叉導通保護等好處。


死區時間通常被編程到MCU中,在關斷一個相位的FET后再導通另一個相位的FET。編程通常會預留額外的時間,以確保不會發生交叉導通,因為時序會隨溫度、電源和老化而變化。NCD83591能檢測柵源電壓,實現FET關斷之后,再導通同一相位中的對側FET。這就無需對MCU進行死區時間編程,因為IC會處理,從而盡量減少脈寬調制(PWM)期間的死區時間,不受延遲影響。該產品還能檢測到為FET供電的外部故障,當FET不應使能時,就禁用同一相位中的對側FET來做出相應的反應。


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圖 2:恒流與恒壓柵極驅動


來源:Onsemi



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