Texas Instruments MCF8315A FET BLDC驱动器是一款单片、无代码、无传感器磁场定向控制 (FOC) 控制三相BLDC电机驱动器，具有无代码FOC功能。该无刷直流 (BLDC) 电机驱动器设计用于驱动需要高达4A峰值电流的速度控制12V至24V无刷直流电机 (BLDC) 或永磁同步电机 (PMSM)。MCF8315A驱动器集成了三个½桥，具有40V绝对最大电压和240mΩ低R DS(ON) 。该驱动器具有内置电源管理电路，包括可用于为外部电路供电的电压可调降压稳压器和LDO。

数据手册：*附件：Texas Instruments MCF8315A FET BLDC驱动器数据手册.pdf

MCT8315A驱动器具有3%速度环路精度（内部时钟）和1%精度（外部时钟基准）。该驱动器支持高达75kHz PWM频率，支持低电感电机。集成的保护特性包括电源欠压闭锁 (UVLO)、电源过压保护 (OVP)、电机锁定检测、过流保护 (OCP)、过热警告和关断。典型应用包括空气净化器和加湿器风扇、BLDC电机模块、洗衣机和洗碗机以及CPAP机。

特性

• 集成无传感器电机控制算法的三相BLDC电机驱动器
  • 无代码磁场定向控制 (FOC)
  • 模拟、PWM和基于频率的速度输入模式：
    • 仅在MCF8315A配置为待机器件 (DEV_MODE=0b) 时可用
  • 基于I^2^C的速度输入模式：
    • 提供睡眠 (DEV_MODE=1b) 和待机 (DEV_MODE=0b) 两种器件可供选择。
  • 离线电机参数测量，采用电机参数提取工具 (MPET)
  • 5点可配置速度配置文件支持
  • 通过正向重新同步和反向驱动支持风车
  • 防电压浪涌 (AVS) 保护
  • 通过自动死区时间补偿提高声学性能
• 支持高达75kHz PWM频率，支持低电感电机
• 无需外部电流检测电阻器，采用内置电流检测
• 内置3.3V、20mA LDO稳压器
• 内置3.3V/5V、170mA降压稳压器
• 专用DRVOFF引脚，禁用 (Hi-Z) 输出
• 扩频和转换率，用于降低EMI
• 整套集成保护特性：
  • 电源欠压闭锁 (UVLO)
  • 电源过压保护 (OVP)
  • 电机锁定检测（5种不同类型）
  • 过流保护 (OCP)
  • 过热警告和关断 (OTW/TSD)
  • 故障状态指示引脚 (nFAULT)
  • 通过I^2^C接口可选故障诊断

框图

简化示意图

德州仪器MCF8315A无传感器FOC集成FET BLDC驱动器技术解析

一、产品概述

德州仪器(TI)的MCF8315A是一款高度集成的三相无刷直流(BLDC)电机驱动器，采用创新的无传感器磁场定向控制(FOC)算法。这款单芯片解决方案专为需要速度控制的12-24V BLDC或永磁同步电机(PMSM)设计，峰值电流可达4A。该器件集成了三个半桥驱动和功率MOSFET，总导通电阻仅240mΩ(典型值)，支持4.5-35V工作电压范围(绝对最大值40V)。

MCF8315A的主要特点包括：

• ‌无代码FOC控制‌：无需外部MCU编程，通过寄存器配置即可实现高性能电机控制
• ‌多种速度输入模式‌：支持PWM、模拟电压、频率输入和I2C命令控制
• ‌集成电源管理‌：内置可调降压稳压器(3.3V/5V, 170mA)和LDO(3.3V, 20mA)
• ‌全面保护功能‌：包括欠压锁定、过压保护、过流保护、电机堵转检测和热关断等
• ‌低功耗设计‌：睡眠模式下电流仅5μA(最大值)

二、关键技术与功能解析

1. 无传感器FOC控制架构

MCF8315A采用先进的‌无传感器FOC算法‌，通过测量电机反电动势(BEMF)来估算转子位置，无需霍尔传感器。其控制架构包含：

• ‌ 初始速度检测(ISD) ‌：启动时自动检测电机状态(静止、正转或反转)
• ‌电机启动策略‌：提供对齐启动、双对齐启动、初始位置检测(IPD)和慢速首周期启动四种模式
• ‌开环到闭环平滑过渡‌：可配置的切换阈值和电流斜坡控制
• ‌动态电流调节‌：支持动态CSA增益优化，提高全电流范围内的分辨率

2. 集成功率级设计

MCF8315A集成了三个半桥驱动器，每个半桥包含：

• ‌高边和低边MOSFET‌：总RDS(ON)仅240mΩ(典型值)
• ‌可调栅极驱动斜率‌：25V/μs至200V/μs可选，优化EMI性能
• ‌死区时间补偿‌：专利技术减少电流波形失真，改善声学噪声
• ‌主动制动功能‌：快速减速时防止母线电压骤升

3. 灵活的速度控制接口

器件支持多种速度控制方式：

• ‌PWM输入‌：0.01-100kHz频率范围，占空比对应速度指令
• ‌模拟电压输入‌：0-3V对应0-100%速度
• ‌频率输入‌：3-32767Hz方波信号控制
• ‌I2C数字控制‌：直接写入速度值，精度达1%

4. 电机参数自动测量(MPET)

MCF8315A集成了‌电机参数提取工具‌，可自动测量：

• 电机绕组电阻和电感
• 反电动势常数
• 机械负载惯性和摩擦系数
  这些参数用于优化控制算法，适应不同电机特性。

三、应用设计要点

1. 典型应用电路

典型应用包括：

1. ‌功率级连接‌：OUTA/B/C连接电机三相，VM接12-24V电源
2. ‌电荷泵配置‌：需外接1μF(CP)和47nF(CFLY)电容
3. ‌Buck稳压器设计‌：可选择电感(47μH或22μH)或电阻(22Ω)模式
4. ‌速度信号接口‌：根据SPEED_MODE配置选择对应输入电路

2. 保护功能配置

关键保护功能配置建议：

• ‌ 过流保护(OCP) ‌：可设置5.5A-18A阈值，支持锁存或自动重试模式
• ‌电机堵转检测‌：提供异常速度、异常BEMF和无电机三种检测机制
• ‌热管理‌：145°C警告和175°C关断(可配置迟滞)
• ‌电压保护‌：4.3V欠压锁定和34V过压保护(阈值可调)

3. 性能优化技巧

1. ‌PWM频率选择‌：低电感电机建议使用较高PWM频率(如75kHz)
2. ‌速度环调节‌：利用MPET自动测量参数，然后微调PI系数
3. ‌动态制动配置‌：根据机械负载特性设置制动电流和持续时间
4. ‌EMI优化‌：启用扩频调制和调整栅极驱动斜率

四、应用领域

MCF8315A非常适合以下应用：

• ‌家用电器‌：空气净化器、加湿器风扇、洗碗机泵
• ‌工业设备‌：鼓风机、泵、小型传送带
• ‌汽车电子‌：散热风扇、电动泵
• ‌医疗设备‌：CPAP机器、医疗泵