Texas Instruments MCF8315C/MCF8315C-Q1 FOC三相BLDC电机驱动器为客户提供单芯片、无代码、无传感器FOC解决方案，驱动速度控制的永磁同步电机 (PMSM) 或12V至24V的无刷直流电机 (BLDC)，驱动峰值电流高达4A。MCF8315C/MCF8315C-Q1集成了三个1/2桥，具有40V绝对最大电压和250/265mΩ的低R DS(ON) （高侧+低侧FET）。MCF8315C/MCF8315C-Q1集成了电源管理电路，包括电压可调降压稳压器（3.3V/5V、170mA）和LDO (3.3V/20mA)，可用于外部电路供电。

数据手册：

*附件：MCF8315C数据表.pdf

*附件：MCF8315C-Q1数据表.pdf

FOC算法配置可存储在非易失性EEPROM中。此功能允许器件在配置后即可独立运行。该器件通过变频方波、PWM输入、模拟电压或I^2^C命令接收速度指令。MCF8315C/MCF8315C-Q1集成了诸多保护特性，保护器件、系统和电机免受故障事件的影响。MCF8315C/MCF8315C-Q1采用三种封装：40引脚7x5mm可润湿侧翼QFN (RGF)、32引脚6x4mm可湿性侧翼QFN (RRY) 和24引脚7.8x6.4mm HTSSOP (PWP)。CF8315C-Q1器件符合汽车应用类AEC-Q100认证。

特性

• 三相BLDC电机驱动器，带集成无传感器电机控制算法
  • 无代码磁场定向控制 (FOC)
  • 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
  • 基于模拟、PWM、频率，或I^2^C的速度输入
  • 可配置的电机启动和停止选项
  • 防电压浪涌 (AVS) 保护
  • 通过自动死区时间补偿提高声学性能
  • 通过DACOUT引脚进行变量监控
• 4.5 V至35 V工作电压（绝对最大值40 V）
• 高输出电流能力：4 A峰值
• 低MOSFET导通电阻
  • RRY：T J =25°C时，R DS(ON) (H+L)：250mΩ（典型值）
  • PWP：T J =25°C时，R DS(ON) (H+L)：265mΩ（典型值）
• 低功耗睡眠模式
  • 5µA（最大值，VVM = 24V、TA = 25°C时）
• 速度环路精度：使用内部时钟为3%，使用外部时钟参考为1%
• 客户可配置的非易失性存储器 (EEPROM) 用于存储器件配置
• 支持高达60kHz 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接口进行可选故障诊断

简化示意图

MCF8315C：一款集成无传感器FOC算法的三相BLDC电机驱动器技术解析

概述

MCF8315C是德州仪器(TI)推出的一款高度集成的三相无刷直流(BLDC)电机驱动器，采用无传感器磁场定向控制(FOC)算法，专为12-24V电机系统设计，峰值输出电流可达4A。该器件集成了功率MOSFET、电流检测、电源管理和先进保护功能，提供"代码免费"的电机控制解决方案，无需外部微控制器即可实现高性能电机驱动。

关键特性

电机驱动性能

• ‌集成功率级‌：内置3个半桥，总RDS(on)低至250mΩ(RRY)/265mΩ(PWP)
• ‌宽电压范围‌：工作电压4.5-35V(绝对最大值40V)
• ‌多种控制模式‌：
  • 速度控制模式(SPEED_LOOP_DIS=0b)
  • 扭矩控制模式(SPEED_LOOP_DIS=1b)
• ‌多种输入接口‌：
  • 模拟电压输入(SPEED_MODE=00b)
  • PWM输入(SPEED_MODE=01b)
  • I2C数字控制(SPEED_MODE=10b)
  • 频率输入(SPEED_MODE=11b)

集成电源管理

• 可调降压稳压器(3.3V/4V/5V/5.7V, 170mA)
• 3.3V LDO稳压器(20mA)
• 低功耗睡眠模式(典型值5μA @24V)

保护功能

• 电源欠压锁定(UVLO)
• 过压保护(OVP)
• 5种电机锁定检测
• 过流保护(OCP)
• 热警告和关断(OTW/TSD)
• 故障指示引脚(nFAULT)

功能架构详解

电机控制算法

MCF8315C采用‌无传感器FOC算法‌，通过以下步骤实现高效电机控制：

1. ‌ 初始状态检测(ISD) ‌：通过BEMF检测判断电机初始状态(静止、正转或反转)
2. ‌启动序列‌：
   • 对齐启动(Align/Double Align)
   • 初始位置检测(IPD)
   • 慢速首周期启动(Slow First Cycle)
3. ‌开环加速‌：使用可配置的加速度曲线(A1,A2)将电机加速至可观测速度
4. ‌闭环运行‌：基于BEMF观测器估算转子位置，实现精确的FOC控制

电机参数配置

器件支持‌离线电机参数测量‌(MPET)，可自动测量：

• 电机绕组电阻(RPH)
• 电机绕组电感(LPH)
• 反电动势常数(KtPH_N)
• 机械负载惯性和摩擦系数

用户也可通过EEPROM手动配置这些参数，支持范围：

• 电阻：0.006Ω至20Ω
• 电感：0.006mH至20mH
• BEMF常数：0.6mV/Hz至2000mV/Hz

保护机制

MCF8315C提供全面的保护功能，可通过寄存器配置响应方式(锁存、自动重试或仅报告)：

1. ‌电压相关保护‌：
   • UVLO(欠压锁定)：4.3V(下降)/4.4V(上升)
   • OVP(过压保护)：可配置22V或34V阈值
2. ‌电流相关保护‌：
   • OCP(过流保护)：5.5-12A(OCP_LVL=0b)或9-18A(OCP_LVL=1b)
   • 硬件锁存电流限制(HW_LOCK_ILIMIT)
3. ‌热保护‌：
   • OTW(热警告)：135-155°C
   • TSD(热关断)：165-185°C
4. ‌电机异常检测‌：
   • 异常速度(ABN_SPEED)
   • 异常BEMF(ABN_BEMF)
   • 无电机连接(NO_MTR)

典型应用设计

电源设计考虑

1. ‌VM电源设计‌：
   • 推荐输入电容：0.1μF陶瓷电容+≥10μF bulk电容
   • 电压额定值≥2倍工作电压
2. ‌降压稳压器设计‌：
   • 电感模式：47μH(最大170mA)或22μH(最大20mA)
   • 电阻模式：22Ω(最大10mA)
   • 输出电容：22μF X5R/X7R陶瓷电容
3. ‌LDO设计‌：
   • AVDD引脚需接1μF X5R/X7R陶瓷电容

布局指南

1. ‌功率回路‌：
   • 保持功率地(PGND)与信号地(AGND/DGND)分离
   • 使用短而宽的走线连接功率元件
2. ‌热设计‌：
   • RRY封装：θJA=30.7°C/W
   • PWP封装：θJA=30.5°C/W
   • 确保足够散热以防止热关断

性能优化技巧

1. ‌PWM频率选择‌：
   • 通过PWM_FREQ_OUT配置(15-60kHz)
   • 低电感电机选择较高频率以减少电流纹波
2. ‌死区时间补偿‌：
   • 启用DEADTIME_COMP_EN可改善低速声学性能
   • 在>135Hz电频率时自动禁用
3. ‌ 主动制动(Active Braking) ‌：
   • 配置ACTIVE_BRAKE_EN=1b实现快速减速
   • 可防止VM电压泵升
4. ‌速度环调谐‌：
   • 通过SPD_LOOP_KP/KI调整响应特性
   • 可使用MPET自动计算初始参数

应用场景

MCF8315C非常适合以下应用：

• 住宅和生活用风扇
• 空气净化器和加湿器风扇
• 洗衣机和洗碗机泵
• 汽车风扇和鼓风机
• CPAP机器