趋势预测：更安全、环保、智能的电机驱动

随着技术的不断发展，市场对于电机驱动提出了三大新的要求：更安全，即要求运行稳定、故障率低；更环保，即高效率、低功耗；更智能，拥有先进算法、易于使用。针对此三大需求，德州仪器(TI)近期举行“2014 TI工业应用研讨会”，全面展示了TI在工业产品领域这三方面均领先的优势及解决方案，尤其包括今年推出的DRV10983等一系列电机驱动器新品。

TI过去在电机驱动领域有超过15年的经验，累计产品销售超过10亿颗，广泛应用于硬盘、光驱、喷墨打印机、汽车、工业等领域。考虑到过于分散的事业部架构以及大有可为的广泛市场，2010年，TI集合所有事业部的马达部分成立了新的电机驱动事业部(MDBU)，开始进军大众市场。目前其产品包括从步进电机到有刷、无刷、螺线管驱动，到霍尔元器件传感器的整个系列。

应该说高度整合的电机驱动方案将是未来的一个必然趋势，而TI成立MDBU之际也考量诸多，最后统一了思想，坚定了做高度集成解决方案的路线。TI认为，相比当前离散的电机驱动方案，集成方案更加稳定、更环保、更智能，在一些对体积和安全性要求较高的领域已经获得应用。

“很简单，驱动器、MOS管、保护电路、控制开关、算法全部集中在一起的好处非常多。”TI中国区市场开发高性能模拟产品业务拓展经理信本伟表示，显而易见的好处包括：1、有效减小PCB尺寸，缩减BOM；2、高集成度能有效提升可靠性、安全性；3、无需分立方案设计。

“对于电机而言，尤其是用于工业或汽车领域的电机产品，对可靠性要求非常高，因此我们在整个设计里，基本上能在市面上看到的保护电路我们全部都集成了。尽管增加了部分成本，但产品安全性也会非常高。”他说道，“拿日常生活中较为常见的卷发棒来说，曾经有客户不做击穿保护，结果击穿后马达死锁，尽管电流不会传到手上，但头发却卷在上面拿不下了。”

信本伟还强调，与离散元器件方案相比，集成IC的优势还有抗干扰能力强。众所周知，每个离散元器件的精度不一样，在大规模生产、元器件采购的时候误差率会导致较高的漂移率，而集成IC的一致性会更好。

信本伟表示，TI万全的保护方案包括过流/短路保护、过热保护、欠压闭锁以及击穿保护。对于过电流保护，信本伟指出，很多人认为做一个线圈之间的保护，电源便短路了，但实际上仍有电流，而TI对地、电源及线圈之间的短路等情况都设有过流保护。此外，TI一般都包括另外一个保护电路ILIMIT，通过减小功率管的门级电压，其电源漏极电阻会增加，限制通过电流，TI还设有单管保护。他说：“每个功率管实际都需要单独的保护机制，同时需要能迅速对过流情况进行反映，不能有误判。”

短路保护方面，以TI DRV88xx而言，当正常电流发生短路时，在400纳秒会恢复到9A的回路电流，随后在3微秒左右做出实时反应，避免器件烧毁。“如果超过了15微秒，保护便失去了意义，因此关断必须在10~15微秒之内。”他说。

欠压闭锁方面，芯片会自行持续监测供电电压值，当电压过低时输出端被设置成高阻抗状态，确保H桥接正常运作状态，否则会导致短路烧毁。

击穿保护方面，同一个半桥的上低侧绝不允许同时打开，为了避免此现象的发生，高侧关断和低侧导通之间人为的增加一段延时(停滞时间)。停滞时间越长H桥接的运作越安全，但同时线性度和效率也越差。“现在国家非常关注能效比，而交流电机的线性度非常差，且效率低于10%，未来直流电机将成趋势。”他说。

热关断方面，过度发热、热沉不足、环境温度过高等都可能对芯片造成损害，因此芯片内部放置了多个热感应器来持续监控温度，当芯片温度上升到过热的阀值时，H桥接将被设置成高阻，也就是热关断。信本伟表示：“TI在部分产品会增加预判，一般预判温度会比热关断阀值低大概20~30度左右。”

先进工艺与低功耗

领先的生产工艺可以使IC内阻降低，从而拥有低功耗等诸多优势。TI的先进工艺技术主要有赖于两种技术，一是超低功耗RDSON技术，可以将IC内阻做到100毫欧以下，而竞争对手的往往在200毫欧以上。

二是有效的散热封装PowerPAD，它的底部通过裸焊盘散热，因此可以帮助用户节省散热片设计。与其他互相接脚兼容的产品对比，DRV8818的温度显著降低30%以上，成为温度最低的细分步进电机驱动器。

先进算法护航打造优势

此外，通过Kilby电机实验室的先进电机驱动算法，加上工业界的现实应用，以及与大学紧密合作，TI已经大大提升了集成方案的智能性。

信本伟表示，大多数步进电机存在过零失真及电感放电失真等问题，而TI集成的电机驱动，将MCU集成到电机内部，所有的运动性能皆受控制，因此会非常平滑均匀，且整个控制接口会非常简单。目前TI的DRV10系列在市场上应用非常广泛。

“最新一代的24V三相位无传感器BLDC电机驱动器DRV10983已经投入量产。”他说，主要用于制冷风扇、屋顶风扇和吹风机等产品。例如传统的排气扇功耗很高，采用24V的三相无传感器的电机，一是电机本身成本并没有提升，而且能效控制非常好。此外还可以做无极调速，并可以提供详细的运行报告，目前已经有客户在大规模应用。