从离散到集成，电机驱控的三大选择

目前电机控制一般分成电机驱动器IC，栅极驱动器IC加上MOS/IGBT这些功率器件。电机驱动器IC以小型化，高性能，高功率高压为方向发展，栅极驱动器IC则半桥，三相桥以及隔离系列为主。这三部分每个部分在市面上都有很多产品，但在电机领域的玩法从产品组合上看无外乎“离散”，“智能集成”以及“功率集成”这三种。

 

离散型驱控方案

 

这种“离散”型的组合方式，即各个器件部分都是分立的，从MCU到栅极驱动器到MOS。这种离散的组合方式很好理解，属于入门级的玩法。三个组合部分相互分立，保证了各个部分的灵活性，比如功率管有新的型号可以直接进行替换，整体的方案不需要大改动。

 

 

这种驱动组合方案对于步进电机，BDC以及三相无刷直流电机可以提供拓展性很高的产品组合。上图就是一个步进电机驱动的离散实现。每个绕组的自由端子分别连接独立功率开关，电流沿一个方向在电机绕组中流动。二极管用于钳位关断时开关两端的电压。

 

这种玩法的弱势之处显而易见，分立的器件无法做到高集成度和高紧凑性。这会使得PCB的空间占比很高。

 

智能集成型驱控方案

 

智能集成指的是将MCU与栅极驱动器进行集成，成为一个整体的模块。集成后的模块与功率器件配合完成电机的驱控。

 

这种集成方式应该是最节省PCB空间的方式，从ST的STSPIN32来看这种高集成度大约节约了80%的空间，同时在电路上复杂度也会降低不少。

 

（STSPIN32系列，ST）

 

以STSPIN32F0A为例，该器件有三个半桥式栅极驱动，电流容量为600mA，能够驱动功率MOSFETs或IGBT。器件内部的3.3V DC/DC降压转换器可为MCU和外部元件供电，而其内部的LDO线性稳压器则可为栅极驱动器供电。还有很多额外的集成选择，集成运算放大器可用于信号调节，集成可编程阈值的比较器可实现过电流保护功能。

 

这种集成模式的缺点就在于，在MCU的选择上很有限，就STSPIN32这个系列而言ST也就出了两款低压和一款高压的选择。这种集成模式一般都用于高级BLDC控制。

 

功率集成型驱控方案

 

最后这一种玩法也就是将栅极驱动器与功率管进行集成。这种集成方式也会大幅节省PCB空间，虽然不及MCU＋栅极驱动集成节省80%的空间那么大，做到节省60%还是没问题的。这种集成虽然没有了在MCU选择上的限制，但是相应的，在电源设备选择上就不那么灵活了。同时，功率集成的成本在这些玩法中是最高的。

 

（功率集成板，ST）

 

PWD5F60就是集成了栅驱动器和双半桥四个N通道功率MOSFETs功率集成器件。从这个器件的性能来说，集成功率MOSFET具有1.38Ω的RDS(ON) 和600 V漏极—源极击穿电压，自举二极管则提供上桥臂的栅极驱动。这种器件的高集成度可以在狭小的空间内有效地驱动负载。一般这种功率集成器件都会在下部和上部驱动部分都具有UVLO保护功能, 可防止电源开关在低效率或危险条件下工作。

 

牺牲电源设备的选择灵活性，以及功率集成带来的高昂成本，这种玩法带来的是极领先的EMI性能。

 

写在最后

 

这三种模式覆盖了从MCU到栅极驱动器到功率管的分立以及集成玩法，各玩法的优势都很突出，而相应的劣势在对比下也极为明显。如何根据电机应用方向从设计上选取匹配的玩法才是控制上最优的选择。