解读TI 70W BLDC电机驱动器：小尺寸、低噪声是如何实现的？

BLDC（Brushless Direct Current，无刷直流）电机克服了有刷直流电机的先天性缺陷，以电子换向器取代了机械换向器，具有体积小、重量轻、噪声小、转矩特性好、启动转矩大等优点，在家电、汽车、工业、航空等领域有广泛的应用。
 
近日， 德州仪器（TI）推出业内先进的70W无刷直流（BLDC）电机驱动器，用于提供无需编程、无传感器的梯形和磁场定向控制（FOC），产品编号为MCF8316A和MCT8316A。
 
其中，MCF8316A为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；MCT8316A为无传感器梯形控制电机驱动器，可以达到最大3.5kHz的电机频率，比任何其他无需编程的无传感器电机驱动器都快，设计人员仅需五个硬件引脚即可对电机进行调优。
 

解决BLDC电机设计的传统难题

在电机领域，交流感应电机是应用广泛的“传统电机”之一，在包括洗衣机、吸尘器、风扇在内的“旋转型家电产品”中有着很长的应用历史。交流感应电机的工作原理是将转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得一个转动力矩，因而转子转动。
 
在实际应用中，交流感应电机会有功率因数滞后，轻载功率因数低，调速性能稍差等缺点，因此目前家电的设计正在从交流感应电机向BLDC电机过渡。TI电机驱动器业务部门总经理Kannan Soundarapandian表示，从交流感应电机过渡到BLDC电机可降低功耗，同时也带来了挑战，包括延长了设计周期，增加了电路板尺寸，以及提高了系统成本。
 
他指出，对于上述挑战，TI 70W BLDC电机驱动器进行了专门的优化。
 
为了解决研发周期长这一挑战，TI 70W BLDC电机驱动器不需要编程，不需要软件开发的周期。当然，针对这一性能优化，Kannan Soundarapandian也直言：“固定的软件意味着已经编好不能再改变，所以它带来的问题是很难优化性能。同时，在产品的一致性上，要把一个电机控制好，除了算法，和电机本身也是有一定关系。”
 
针对电路板尺寸增加这一点，TI 70W BLDC电机驱动器进行了一项创新。过往，在设计BLDC电机系统时，由于系统比较复杂，驱动至少包含三个部分：MCU、MOSFET功率器件、门级驱动，设计人员需要的硬件电路板、器件会非常多，电路板尺寸也会变大。TI 70W BLDC电机驱动器将驱动部分全部集成在一款芯片里，周边的器件由28个降低为10个，电路板尺寸降低70%。
 
通过Kannan Soundarapandian的描述，TI 70W BLDC电机驱动器对于系统成本的降低主要体现在两个方面：首先是器件集成大幅降低了外围器件的成本消耗，包括相应的材料成本；其次是由于无需编程，大大降低了客户的开发周期。
 
在此他特别举例称，根据经验数据，一个资深的电气工程师要去调谐一个电机需要花费数周或数月，借助我们的新品，可以把这个时间缩短到10分钟。
 

让家用电器拥有更好的性能

TI 70W BLDC电机驱动器一个主要的应用领域就是家用电器，比吹风机、水泵、风扇、吸尘器等。在家电领域，尤其是小家电方向，噪音是一个非常重要的指标，TI 70W BLDC电机驱动器对此进行了专门的优化。
 
 
Kannan Soundarapandian指出，在厨房一开搅拌机声音非常大，能够达到100dBA，基本我们身边的家电都会发出噪声，如何改善是一个重要的课题。TI享有专利的精密自动死区时间补偿可降低现有应用中的噪声；器件在驱动笔记本电脑风扇时，可将噪声降低多达2 dBA。
 
 
在实现方式上，MCF8316A中便包括这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，使工程师能够优化电机声学性能。MCT8316A包括不同的梯形控制技术，设计人员可以使用这些技术来降低电机噪声。
 
同时，TI 70W BLDC电机驱动器还能够加快系统响应。在这方面，Kannan Soundarapandian介绍称，由于采用了实时控制，TI 70W BLDC电机驱动器可以为扫地机器人等需要快速实时控制的应用提供高达3.5 kHz的电机速度。比如说如果我们驱动一个BLDC电机，它是单极性的，3.5kHz的电机速度事实上已经对应到差不多21万转。这种高速的输出功能对吸尘器或者无人机等等器件都是非常重要的功能。
 
当然，Kannan Soundarapandian也强调说，因为TI 70W BLDC电机驱动器内部集成的功能很多，非常适用于各种不同的电机，因为它可以提取不同的电机参数。所以，对于水泵、油泵、风机等非常多的应用领域都可以广泛地应用到。