BLDC電機(jī)沒有傳統(tǒng)的電刷和換向器，定子上纏繞線圈，轉(zhuǎn)子上裝有永磁體。它使用電子速度控制器ESC來替代機(jī)械換向，實現(xiàn)電流的切換，驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)。ESC根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置，精確地向定子線圈通電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，拖動永磁體轉(zhuǎn)子跟著旋轉(zhuǎn)。主要控制方式有方波控制六步換相和高性能的FOC磁場定向控制。今天以MPS新推出的MPQ6547A為例，教大家從0到1，搞懂BLDC電機(jī)驅(qū)動芯片選型和外圍電路設(shè)計。
另外，閱讀原文貼一個他們官方對這顆料的介紹，感興趣可以自己去掃一眼。
1.MPQ6547A關(guān)鍵特性總覽
MPQ6547A是MPS推出的一款三相無刷直流BLDC電機(jī)功率級驅(qū)動芯片，滿足AEC-Q100車規(guī)認(rèn)證，是真車規(guī)級芯片！
MPS兜里怎么什么片子都有
MPQ6547A工作電壓范圍4V至32V，覆蓋了典型的12V/24V汽車電池系統(tǒng)，工作電壓范圍還是蠻寬的，當(dāng)然壞處也是有的，芯片成本會略高，畢竟耐壓過高，芯片的成本也是越高的，當(dāng)然如果出貨量大的話，這點成本也能抵消。MPQ6547A內(nèi)部集成了6個NMOS，組成完整的三相半橋，所以可以直接驅(qū)動電機(jī)繞組，最大峰值電流高達(dá)5.5A，注意此處是最大峰值電流，你可別當(dāng)成長時電流了，芯片只能短時工作在5.5A，而且和散熱設(shè)計有關(guān)，你散熱差的話，那5.5A就夠嗆了，后面我們再講散熱設(shè)計，峰值電流大的話意味著芯片具有更高的瞬間電流輸出能力，適用于需要快速啟動或短時高扭矩的應(yīng)用。這個芯片最大的特色莫過于它內(nèi)部的每一個半橋的GND引腳都引出芯片外部的獨立PIN腳上，這樣就可以通過在外部放置采樣電阻，通過采集電阻上的電壓來實現(xiàn)采集電流的目的。
2.極限參數(shù)
芯片的極限參數(shù)，我們一定要關(guān)注，因為極限參數(shù)是芯片的底線，越過了這個底線，芯片損壞那就避免不了，比如VIN最大電壓是40V，那么電源輸入VIN上總會有浪涌，或者大的脈沖，超過40V，那就是家常便飯，所以建議放個TVS給芯片保命，比如24V系統(tǒng)的車上的就需要基于ISO7637標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各種脈沖測試。
3.電氣參數(shù)
汽車?yán)锏?/span>ECU控制器一般會有靜態(tài)電流要求，MPQ6547A支持低功耗SLEEP模式，睡眠電流最大值僅為10.5uA。
還有一點我們需要注意芯片雖然支持PWM控制，但是最大PWM頻率不能超過200KHz。
芯片支持欠壓保護(hù)，過流保護(hù)，需要注意電機(jī)的最大電流不要超過6A，否則就會觸發(fā)芯片的過流保護(hù)，那么芯片就無法正常工作了。
下圖是MPQ6547A的芯片內(nèi)部框圖，我們要想掌握一個芯片，一定要關(guān)注芯片的內(nèi)部框圖，這樣就能快速的掌握這個芯片的基本工作原理以及需要注意的事項，比如下面的框圖我們可以可出芯片內(nèi)部有6個NMOS，這6個NMOS是通過CP電路驅(qū)動的，CP電路就是升壓電路，通過上面的電氣參數(shù)，CP電路可以把CP電壓升高，比VIN電壓高3.5V，CP電路要想正常工作，需要在外部放一個CP電容，那為啥不把這個電容做到芯片內(nèi)部呢？因為CP電容容值一般較大，體積也比較大，做到芯片里面太占地方了，簡單點來說就是礙事，所以一般是需要放置在芯片外部的。
同時我們通過框圖也能看出芯片是通過兩個比較器實現(xiàn)欠壓和過流檢測的，過流是通過檢測半橋NMOS兩端的壓降來實現(xiàn)的，當(dāng)過流時，MOS兩端壓降會增大，當(dāng)超過一定閾值時，芯片就會關(guān)斷MOS，實現(xiàn)自保。
4.如何解決感性負(fù)載放電問題？
驅(qū)動BLDC電機(jī)時，當(dāng)驅(qū)動芯片輸出關(guān)斷時，電機(jī)就像一個大電感，會繼續(xù)放電，那么電感里儲存的能量一般會流過MOSFET的體二極管，由于MOSFET的體二極管正向?qū)▔航凳潜容^大的，那么功耗P=V*I，此時芯片就會有比較大的發(fā)熱，嚴(yán)重的話會損壞芯片。
MPQ6547A是如何解決這個問題的呢？它具有同步整流功能。
當(dāng)HS和LS MOSFET都處于關(guān)斷狀態(tài)時，如果Sx輸出引腳上的電壓低于地電壓，則LS MOSFET導(dǎo)通，直到流過它的電流接近于零，
比如同樣是1A電流，假定體二極管壓降是1V，MOSFET導(dǎo)通電阻是85mΩ，
LS MOSFET不導(dǎo)通的功耗：
P=1A*1V=1W
LS MOSFET導(dǎo)通的功耗：
P=1A*1A*85mΩ=0.085W
一般電機(jī)驅(qū)動的芯片都需要軟件加一下特定控制邏輯來配合解決這個問題，這個芯片就不需要了，自己解決，從而可靠性會更高。當(dāng)然如果Sx引腳上的電壓高于VIN，則HS MOSFET會自動導(dǎo)通，直到電感放電電流接近于零。
還有一點要注意的是MPQ6547A的過流保護(hù)功能是自動重啟的，也就是說當(dāng)芯片檢測到過流后，會自動關(guān)斷輸出，但是10ms后芯片會重新打開，如此周而復(fù)返的重復(fù)，這一點的好處是避免了有時候電機(jī)電流不穩(wěn)，誤觸發(fā)過流保護(hù)，導(dǎo)致電機(jī)徹底不動了。搭配芯片的nFAULT故障診斷腳，我們就可以做一些診斷策略，比如出現(xiàn)多少次過流故障，就關(guān)閉輸出。
5.外圍電路設(shè)計
5.1.CP電容
前面我們說過MPQ6547A是通過CP電路驅(qū)動高側(cè)MOSFET的，這就需要我們在CP腳加一個1uF的電容，電容選型要關(guān)注兩個電，一個是容值，一個是耐壓，容值小了，會導(dǎo)致驅(qū)動能力不夠，電壓低了，電容可能會燒壞，那容值如何計算？這個咱們可算不了，都是廠家算好了，畢竟內(nèi)部的CP電路原理沒開放給咱們，我們按datasheet選就好了。5.2.采樣電阻
前面我們也說了，我們可以在GND上串聯(lián)采樣電阻來采集電流，采樣電阻選型要關(guān)注兩點，一個是阻值，另一個是功率，阻值不能太大，要確保I*R<0.2V，功率的話就可以用下面的公式計算：
5.3.VIN去耦電容
VIN上的電解電容用于降低MOS在高頻開關(guān)條件下的紋波電流，電容選型要考慮ESR，所以一般是電解電容搭配MLCC電容來降低VIN的紋波，注意電容一定要靠近器件VCC引腳放置，這對EMC里的傳導(dǎo)測試很關(guān)鍵。
這個電容容值關(guān)系到去耦，降低感性負(fù)載電機(jī)工作導(dǎo)致的VCC紋波電流，降低電流波動期間線束雜散電感導(dǎo)致的VCC電壓波動，要考慮的因素比較多，計算也比較復(fù)雜，建議參考datasheet建議放置，不要自作聰明想著少放節(jié)約成本。
你學(xué)廢了嗎？
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