BLDC电机驱动器的不破不立

电机的发展历史已超过百年，亦已成为能源消耗的“大头”。随着能效要求的逐年走高，以及对电机噪音降低的持续要求，提升效率成为电机业持续进阶的主题。不止是电机要“改头换面”，相应地驱动器亦要革新应对。

向BLDC电机转变 面临三大挑战

谈及电机驱动，德州仪器 (TI) 电机驱动器业务部门总经理Kannan Soundarapandian认为有两大主题，一是对降低噪音的要求越来越高。如在家居领域，目前流行 “开放性空间设计”，这意味着在开放空间放置众多的家电产品，包括厨房电器、冰箱、抽油烟机以及洗衣机等等，如果噪音都交织在一起，空间环境会变得很差。二是全球有45%的能量被电机消耗，各国为绿色能源大计都发布了严格的能耗值，对电机能效的要求不断走高。

因而，Kannan Soundarapandian认为，这将促进电机从交流感应电机过渡到更节能的BLDC电机的趋势。据悉，BLDC无刷直流电机凭借其体积小、噪音小、效率高、寿命长等优势，在家用电器、工业、汽车等领域得到了广泛的应用。预计2022年BLDC电机市场规模将达197.6亿美元左右。

尽管BLDC电机有诸多优势，但电机控制方案的挑战依然巨大。Kannan Soundarapandian介绍，一是系统控制非常复杂，开发周期长，提高了开发成本；二是系统设计更加复杂，如设计BLDC电机驱动器需类似变频器的电路板，做电流采样、开关器件切换等等，增加了电路板尺寸；三是提高了系统成本等挑战。

具体来看，BLDC电机驱动必须要包含MCU、MOSFET、门级驱动。Kannan Soundarapandian提到，如果是全分立方案，即MCU搭配门级驱动电路，然后加一些分立的MOSFET，一般需要28个器件；如果是集成式栅极驱动器方案，或是集成式FET方案，器件数量与面积会进一步减小，但总体来说提升有限。

有没有新方案能将 BLDC电机面临的上述挑战逐一击破呢？

创新电机驱动器 各个击破

稳扎稳打、不破不立的德州仪器 (TI)，适时推出了新型70W无刷直流 (BLDC) 电机驱动器，即无需编程无传感器的梯形和磁场定向控制控制器MCT8316A和MCF8316A。

有的放矢，这两大器件也绝技傍身。

Kannan Soundarapandian介绍说，通过一系列独特的换向控制算法，无需开发、维护和验证电机控制软件，从而减少数周的设计时间。此外，电机驱动器集成了无传感器技术来确定转子位置，因此无需外部霍尔传感器，进一步降低了系统成本并提高了可靠性。

此外，MCF8316A无传感器磁场定向控制电机驱动器可智能地提取电机参数，使设计人员能够快速调优电机，同时提供一致的系统性能，而不受电机制造差异的影响。通过MCT8316A无传感器梯形控制电机驱动器，设计人员仅需五个硬件引脚即可对电机进行调优。由于无需微控制器接口，因此可简化系统设计。

在降噪性能层面也各有突破。Kannan Soundarapandian谈到，常见的电机降噪技术主要包括：通过吸音系统阻止噪声传播，利用声学的方法改变声音，或者从源头上避免产生噪声。而TI新电机驱动器提供先进的实时控制功能，致力于从源头上避免噪音的产生。MCF8316A采用一项获得专利的精密自动死区时间补偿技术，可补偿电流失真，优化电机噪声。MCT8316A则提供不同的梯形控制技术，设计人员可使用这些技术来降低电机噪声。

加快系统响应也是其优势之一。Kannan Soundarapandian解释说，两大器件可提供快速且受控的方式来主动降低电机速度，从而以比传统电机控制技术快50%的速度关停电机。此外，这些器件可在关停电机时将能量有选择地泵回电源轨，从而保护系统免受损坏。

更加值得一提的是，MCF8316A和MCT8316A器件集成了三个栅极驱动器和六个高侧和低侧MOSFET，每个均具有50mΩ的导通电阻。同时还集成了例如低压降（LDO）稳压器、直流/直流降压稳压器和电流检测放大器等元件，通过集成实时控制功能和包括MOSFET在内的多达18个分立式元件，将周边的器件由28个减少为10个，缩小了高达70%的布板空间。

在诸多优势叠加之下，对客户带来的利好是显而易见的。不仅可减少数月或数周的设计时间，缩小占板空间，而且电机还可实现出色的噪声降低和实时响应性能，整体能效也提高了10%-15%。Kannan Soundarapandian自豪地说，市场上很少有产品能像 MCF8316A 一样如此高度集成，此外也没有其他集成控制器解决方案可实现70W的功率传输。

可以预见，两大新型电机驱动器也将驱动TI实现新的“成就”。Kannan Soundarapandian最后表示，TI将继续扩展的BLDC产品组合，包括控制器、驱动器和符合汽车安全等级认证的栅极驱动器等产品。凭借可在任何电压下提供超高功率密度的广泛产品组合，助力客户快速实现平滑、准确的电机控制。（校对/清泉）