必易微一站式BLDC散热电机驱动及控制芯片解决方案

BLDC 散热电机由于具有高效率、高可靠性以及低噪音等优点被广泛应用于智能家电、安防监控、工业新能源、数据中心、汽车电子等领域。

必易微作为整体芯片解决方案供应商，针对上述应用领域，可为客户提供更高效、可靠和环保的一站式 BLDC 散热电机驱动及控制芯片解决方案。

图 1. 单相 BLDC 散热电机解决方案

图 2. 三相 BLDC 散热电机解决方案

个人电子

电子口罩、个人护理以及笔记本电脑等应用领域对体积要求严苛，要求 BLDC 散热电机驱动控制芯片体积小，外围元件少；此外电池供电场景还要求驱动控制芯片可达到高效和低噪声。因此针对上述特殊应用场景，必易微推出了低压三相 BLDC 散热电机解决方案 KP93101。

方案 1

KP93101

KP93101 是一款三相无感电机驱动芯片，通过 PWM 输入模式控制散热电机旋转速度。芯片采用三相无感方式侦测电机位置，精简整个外围线路；内置智能软切控制模式大幅降低电机运转噪声和功耗。

此外芯片还集成了三相无感算法、Soft Switch、Current Limit、Lock and Restart、PWM 调速、FG 输出、正反转选择及 TSD 保护等功能。

主要特点

• PWM 直接输入控速

• 3-Phase Sensorless 驱动

• STB 省电模式

• UVLO 保护

• 内置 TSD 保护

• 锁定保护与自动重启

• 符合 RoHS 规范及无铅，无卤

• 封装类型 DFN3×3-10

图 3. KP93101 典型应用电路

KP93101 采用同步启动技术带动电机旋转。通过检测 BEMF 过零电压，切换功率管状态，改变线圈的相位，使散热电机运转。

启动时，如果长时间未检测到 BEMF 过零，同步启动驱动技术将会强制改变功率管驱动状态，带动散热电机启动。同步启动模式的频率可通过外部 EXOSC PIN 接不同的电容值调节。同步启动原理如下图所示。

图 4. 同步启动逻辑图

BEMF 电压检测是通过侦测三相 U，V，W 的反向电动势过零点来确定电机转子位置信息。U，V，W 输出电压及电流时序如下图所示。

图 5. 输出驱动逻辑时序图

家用储能、个人电脑、工作站、

显卡及其它 IT 设备等

家用储能、个人电脑、工作站、显卡及其它 IT 设备等运行时若温度过高，会导致电子元器件寿命和可靠性下降，因此为了保证设备稳定性和使用寿命，必须进行散热设计，所以必易微针对上述领域和痛点，推出了 KPE90772B 和 KP90873X 两个系列单相 BLDC 散热电机驱动芯片。

方案 1

KPE90772B

KPE90772B 是一款单相直流无刷电机驱动芯片，通过 PWM 直接输入模式高效控制直流无刷散热电机运转。芯片内部集成了最低转速设定或停转设定功能，并具有转速斜率设定、软启动、锁定保护、自动重启、散热电机转速侦测输出、过热保护、过电流保护和噪声抑制等功能。

软启动功能可以有效抑制电机启动瞬间的尖峰电流；转速斜率设定可调整散热电机调速曲线；噪声抑制模式优化散热电机噪声性能，实现散热电机低噪声、低抖动运行；芯片具有锁定保护和自动重启功能，过热保护功能，同时还具有转速反馈 FO 输出。

主要特点

• 调速曲线斜率可调

• 应用线路精简

• 软启动时间外部可调

• 宽工作电压 3V~18V

• PWM 直接输入控速

• 内置霍尔偏置

• 锁定保护与自动重启

• 转速反馈 FO 输出

• 停转转速外部设置

• 最低转速外部设置

• 内置过冲保护电路

• 内置过流保护电路

• 内置过压保护电路

图 6. KPE90772B 典型应用电路

软启动设置

当芯片电源上电后，前 4 个 FO 周期，固定以 35% 的占空比驱动，之后再逐次逼近设定占空比，所需软启动时间通过引脚 SST 外接不同的电容 CSST 到地设置，电容 CSST 值越大，软启动时间会越久，软启动功能时序如图 7 所示。

图 7.  软启动时序图

最低转速设置

当引脚 SSW 接 10kΩ 的电阻 RSSW 到地时，KPE90772B 系列芯片具有最低转速设置功能；通过引脚 SR 外接不同的电阻 RSR 到地设置散热电机不同的最低转速，电阻 RSR 值越大，最低转速占空比设定值会越小；电阻 RSR 的取值范围建议为 7kΩ~23kΩ，若引脚 SR 浮空或电阻值大于 23kΩ，则没有最低转速功能。

最低转速功能示意如图 8 所示，当输入 PWM 占空比小于一定值后，散热电机转速保持不变。

图 8. 最低转速与斜率设置

停止转速设置

当引脚 SSW 接 33kΩ 的电阻 RSSW 到地时，KPE90772B 系列芯片具有停止转速设置功能；通过引脚 SR 外接不同的电阻 RSR 到地设置散热电机不同的停止转速，电阻 RSR 值越大，停止转速设定值会越小；电阻 RSR 的取值范围建议为 22kΩ~76kΩ，若引脚 SR 浮空或电阻值大于 76kΩ，则没有停止转速功能。

停止转速功能示意如图 9 所示，当输入 PWM 占空比小于一定值后，散热电机停止转动。

图 9. 停止转速与斜率设置

方案 2

KP90873X

KP90873X 系列是集成高灵敏度霍尔效应传感器的单相闭环直流无刷电机驱动芯片，内置反向耐压保护电路。将超宽的 PWM 输入频率(0.1kHz ~100kHz) 内部转化成 30kHz 频率的驱动信号，避免产生音频噪声。

KP90873X 系列既可以用于最低转速设定，也可以用于停转功能设定。此外芯片还具有转速斜率设定、软启动、锁定保护、自动重启、散热电机转速输出、转动状态输出、过热保护、过电流保护和噪声抑制等功能。

主要特点

• 高耐压应用

• 精确转速反馈控制

• 转速斜率外部设置

• 最低转速/停转转速外部设置

• 内置反向耐压保护

• FO/AL 引脚短路保护

• 软启动抑制峰值电流功能

图 10. KP90873X 典型应用电路

转速反馈控制

KP90873X 系列采用独创转速反馈控制算法，忽略外接电容 CCCL 和电阻 RRCL 的变化 (CCCL 为引脚 CCL 到地的电容，RRCL 为引脚 RCL 对地的电阻)，实际输出转速与设定转速之间偏差控制在 ±5% 以内。

若断开 RRCL 电阻时，在实测散热电机开环条件下，输入占空比 100% 时可达最高转速记为 FMAX100，若设定闭环最高转速 FMAX 满足 FMAX≤0.9×FMAX100 条件，则根据公式 FMAX=1/(K×RRCL×CCCL) 设定 RRCL 和 CCCL 的值，从而实现散热电机闭环控制，在输入占空比 100% 时达到最高转速为 FMAX。

图 11.  反馈控制转速精度示意图

转速斜率设置

设 KSLP=RHL/(RHL+RTHL)，当 8%≤KSLP≤ 90% 且 RHL+RTHL≥100kΩ 时，KP90873X 系列芯片具有转速斜率设置功能，通过设置不同的 KSLP 比值，设置散热电机不同的转速斜率，KSLP 比值越小，转速斜率设定值会越大。若无 RTHL 电阻，则要求引脚 SLP 接不小于 10kΩ 的电阻 RHL 到地，此时转速斜率为 1。转速斜率设置功能示意如图 12 所示。

图 12. 转速斜率与最低转组合

智能家电

随着 BLDC 电机的飞速发展，很多家电场景也开始采用 BLDC 电机进行驱动控制，因此针对无叶落地扇、台式扇、空气净化器及扫地机器人吸尘散热电机等场景。必易微推出一款大功率、兼容 One 霍尔和无感控制的三相 SVPWM 电机驱动控制方案 KP93103。

方案 1

KP93103

KP93103 是一款三相电机驱动芯片，通过 PWM 或 DC 方式调控散热电机转速。内置无感控制算法，通过算法使驱动电流接近 180° 类正弦，同时该芯片还能兼容 One 霍尔的控制方式，进一步降低电机运转的噪声，提高抗干扰能力。

主要特点

• 超低噪声

• 宽工作电压 3.0V~40V

• 无需定位传感器且兼容 One Hall 工作

• 相位超前滞后外部可设

• 类正弦电流驱动控制

• 调速曲线更丰富且无需烧录

• 单颗兼容最低转速及停转设定

图 13. KP93103 典型应用电路

方案 2

KP90870

此外针对追求性价比的单相散热电机应用场景，比如电磁炉、加湿器等小家电市场，必易微推出一款极具性价比的单相 BLDC 散热电机驱动控制解决方案 KP90870。

KP90870 是 24V 内置霍尔效应检测传感器的单相 BLDC 散热电机驱动控制芯片。内置了电源反接保护、过温保护、堵转保护以及防反电动势过冲保护等多种保护功能，使得系统运行安全稳定；通过内置的高灵敏度的霍尔传感器，定位更精准，抗干扰能力更强；内置的电源反接保护功能，可使得系统外围元件更少，有效降低成本。

主要特点

• 集成电源反接保护

• 低导通电阻，2.2Ω (HS+LS)

• 温度稳定性好

• 内置堵转保护

• 内置过温保护

• 符合 RoHS 规范及无铅，无卤

• 封装类型 TO-94

图 14. KP90870 典型应用电路

图 15. KP90870 内部功能框图

工业控制、服务器、数据中心、

工业储能、充电桩等

在一些工业控制、服务器、数据中心、工业储能、充电桩等应用领域，散热是必不可少的，而且该应用场景要求散热电机排风量大、风压强、排风速度快，才能更好、更快带走热量。针对上述应用领域和场景，必易微推出单相 BLDC 散热电机预驱控制芯片 KPE90611。

方案 1

KPE90611

KPE90611 是一款单相全波无刷直流散热电机前级驱动芯片，把超宽的 PWM 输入频率 (0.1kHz~100kHz) 内部转化成 30kHz 频率的驱动信号，避免产生音频噪声。

KPE90611 可以用于最低转速设定，也可以用于停转功能设定。此外芯片还具有转速斜率设定、软启动、锁定保护、自动重启、转速输出、转动状态输出、过热保护、过电流保护和噪声抑制等功能，非常适合各种高压、大电流的应用环境。

图 16. KPE90611 典型应用电路

堵转保护及自动重启功能

KPE90611 芯片内置堵转保护及自动重启功能，防止散热电机堵转时大电流烧毁，当检测到散热电机在 TON (典型 0.6 秒) 时间内没有换相时，会关断输出 TOFF (典型 6 秒) 时间，再尝试驱动 TON 时间，以此循环，直到解除堵转后，再正常驱动散热电机。堵转保护及自动重启功能时序如图 17 所示。

图 17. 堵转保护及自动重启时序图

表 1. BLDC 散热电机方案选型表

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关于必易微

深圳市必易微电子股份有限公司（股票代码：688045）是一家高性能模拟及数模混合集成电路供应商，主营产品包括 AC-DC、DC-DC、驱动 IC、线性稳压、电池管理、充电管理、放大器、数模转换器、传感器等，为消费电子、工业控制、网络通讯、数据中心、汽车电子等领域客户提供一站式芯片解决方案和系统集成。

审核编辑：汤梓红