‌MCT8316Z无感梯形控制BLDC电机驱动器技术解析

Texas Instruments MCT8316Z/MCT8316Z-Q1 40V三相BLDC电机驱动器为驱动12V至24V无刷DC电机的用户提供了一种单芯片无代码含传感器梯形解决方案。MCT8316Z/MCT8316Z-Q1集成了三个半桥，具有40V绝对最大电压和95mΩ超低R DS(ON) （高侧和低侧之和），可提供大功率驱动能力。电流通过集成电流检测功能检测，无需再使用外部功率检测电阻器。可调降压稳压器和LDO的电源管理系列能够为器件生成必要的电压轨，可用于为外部电路供电。

数据手册：

*附件：MCT8316Z数据手册.pdf

*附件：MCT8316Z-Q1数据手册.pdf

Texas Instruments MCT8316Z/MCT8316Z-Q1在固定功能状态机中实现传感器梯形控制，因此无需外部微控制器即可使无刷DC电机转动。该器件集成了三个用于位置检测的模拟霍尔比较器，以实现传感器梯形BLDC电机控制。该控制方案具有高度可配置性，可通过硬件引脚或寄存器设置进行配置，范围涵盖从电机电流限制行为到故障响应。速度可通过PWM输入进行控制。

MCT8316Z/MCT8316Z-Q1集成多种保护特性，旨在出现故障事件时保护该器件、电机和系统。MCT8316Z-Q1器件符合汽车应用类AEC-Q100认证。

特性

• 集成含传感器梯形控制的三相BLDC电机驱动器
  • 基于霍尔传感器的梯形 (120°) 换向
  • 支持模拟或数字霍尔输入
  • 可配置PWM调制：同步/异步
  • 逐周期限流，可限制相电流
  • 支持高达200kHz的PWM频率
  • 主动消磁支持减少功率损耗
• 4.5V至35V工作电压（绝对最大值40V）
• 高输出电流能力： 8A峰值
• 低MOSFET导通电阻
  • RDS(ON) ：95mΩ（高侧+低侧)（TA =25°C时）
• 低功耗睡眠模式
  • 1.5µA（VVM =24V、TA =25°C时）
• 集成内置电流检测
  • 无需外部电流检测电阻器
• 灵活的器件配置选项
  • MCT8316ZR：用于器件配置和故障状态的5MHz 16位SPI接口
  • MCT8316ZT：基于硬件引脚的配置
• 支持1.8V、3.3V和5V逻辑输入
• 内置3.3V (5%)、30mA LDO 稳压器
• 内置3.3V/5V、200mA降压稳压器
• 延迟补偿减少占空比失真
• 整套集成保护特性
  • 电源欠压闭锁 (UVLO)
  • 电荷泵欠压 (CPUV)
  • 过流保护 (OCP)
  • 电机锁定保护
  • 热警告和热关断 (OTW/OTSD)
  • 故障状态指示引脚 (nFAULT)
  • 可选择通过SPI接口进行故障诊断

简化示意图

‌MCT8316Z无感梯形控制BLDC电机驱动器技术解析‌

‌一、核心特性与应用场景‌
MCT8316Z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，专为12-24V电机设计，具有以下技术亮点：

1. ‌集成化设计‌
   • 内置MOSFET功率级（RDS(ON)低至95mΩ，峰值电流8A）
   • 集成电流检测功能，无需外部采样电阻
   • 内置3.3V/5V Buck稳压器（200mA）和LDO（30mA）
2. ‌控制算法‌
   • 支持霍尔传感器梯形控制（120°换向）
   • 可配置PWM调制模式（同步/异步）
   • 支持高达200kHz的PWM频率
3. ‌保护机制‌
   • 过流保护（OCP）、电机堵转保护
   • 热警告/关断（OTW/OTSD）
   • 欠压锁定（UVLO）和电荷泵监测（CPUV）

‌典型应用‌：家用电器、HVAC系统、办公自动化设备及工业机器人中的BLDC电机驱动。

‌二、硬件架构解析‌

1. ‌电源管理‌
   • 工作电压范围4.5-35V（绝对最大值40V）
   • Buck稳压器可通过SPI或硬件引脚配置输出电压（3.3V/5V可选）
2. ‌控制接口‌
   • ‌MCT8316ZR‌：支持5MHz 16位SPI配置
   • ‌MCT8316ZT‌：硬件引脚配置（模式、方向、制动等）
3. ‌霍尔传感器支持‌
   • 兼容差分/单端模拟霍尔传感器及数字霍尔元件
   • 内置迟滞比较器（可编程阈值范围1.5-50mV）

‌三、关键技术参数‌

• ‌能效表现‌：睡眠模式电流仅1.5μA（24V供电时）
• ‌动态性能‌：
  • 相位引脚压摆率可调（14-280V/μs）
  • 超前角配置范围0-30°（SPI版本支持8级调节）
• ‌保护阈值‌：
  • 过压保护（OVP）阈值32.5-35V
  • 过流保护（OCP）阈值10-31A（可调）

‌四、设计建议‌

1. ‌布局优化‌
   • 功率地（PGND）与信号地（AGND）单点连接
   • VM引脚需配置0.1μF去耦电容+大容量储能电容
2. ‌散热管理‌
   • 器件结温上限150°C，建议PCB增加散热过孔
   • 持续输出时需监控RDS(ON)随温度上升的特性（典型值从95mΩ升至185mΩ）
3. ‌故障诊断‌
   • 通过nFAULT引脚或SPI寄存器获取故障代码
   • 典型故障恢复时间：睡眠脉冲≥20μs

‌五、选型对比‌

型号	配置接口	特色功能
MCT8316ZR	SPI	支持寄存器级参数微调
MCT8316ZT	硬件引脚	适合快速开发的固定功能方案