onsemi 16V - 30V BLDC 电机驱动设计详解

在电子工程领域，电机驱动设计是一个关键且复杂的部分。今天我们来深入探讨 onsemi 推出的 16V 至 30V BLDC 电机驱动设计，该设计在工业和消费电子等众多领域有着广泛的应用前景。

文件下载：STR-16-30V-BLDC-MDK-GEVB.pdf

设计概述

本次设计的目标是实现一个 16V 到 30V 的 BLDC 电机驱动，电源轨为 24V，最大功率可达 1000W。设计名称为 STR - 16 - 30V - BLDC - MDK - GEVB，它采用了 Xilinx NCP81075 和 NTMFS5C604NL 等关键组件。

控制器与驱动

控制器驱动部分使用了 Xilinx NCP81075 和 NTMFS5C604NL。功率级采用 3 个高侧（HS）和 3 个低侧（LS）的 NTMFS5C604NL 场效应管。控制方式为 6 步梯形控制，开关类型为单极型，开关频率为 20kHz。大家可以思考一下，这种控制方式和开关频率的选择对电机的性能会产生哪些影响呢？

设计规格

电气性能

• 输入纹波：在 1000W 负载下，输入纹波为 4.08V。
• 自举纹波：同样在 1000W 负载下，自举纹波为 168mV。
• 过流保护（OCP）限制：硬件 OCP 限制为 117A，并且是可调节的软件 OCP。
• 测试速度：测试速度设定为 3000 RPM。
• PWM 频率：在 1000W 负载下，PWM 频率为 20kHz。

相位参数

每个相位（U、V、W）都有各自的死区时间和最大开关节点（SWN）振铃。例如，U 相的死区时间（ON）为 51ns，死区时间（OFF）为 69ns，最大 SWN 振铃为 29.4V。不同相位的参数略有差异，这是为了优化电机的运行性能。大家不妨思考一下，死区时间的设置对电机的效率和稳定性有什么作用呢？

测试电机

本次测试使用了三款电机，其中详细给出了 Test Motor #1 的各项参数：

• 额定电压：24V
• 反电动势/转矩常数：0.0607658 V - s/rad
• 定子电感：0.0375 mL
• 定子电阻：434 mΩ
• 极对数：4
• 额定速度：3000 RPM
• 额定转矩：3.18 N ⋅ m
• 额定功率：1000W
• 绕组类型：星形（Wye）
• 轴直径：20mm
• 传感器：霍尔传感器

这些参数对于评估电机的性能和适配性至关重要。大家可以根据这些参数思考如何选择合适的电机来满足特定的应用需求。

开关波形与热性能

开关波形

记录了 U、V、W 三相的死区时间和最大、最小振铃情况。例如，U 相在 OFF 时死区时间为 69ns，ON 时为 51ns，最大振铃为 29.40V，最小振铃为 - 8.4V。这些波形数据有助于我们分析电机在运行过程中的开关特性。

热性能

在 1000W 负载、环境温度 23.0 °C、无气流（0 lfm）的条件下，对 PCB 上下表面的多个区域和组件进行了温度测试。其中，PCB 底部的某些组件温度较高，如 V 相的 LS FET 温度达到 96.9 °C，温度上升了 73.9 °C。热性能的测试结果对于散热设计和系统可靠性评估非常重要。大家可以思考一下，如何根据这些热数据来优化散热方案呢？

总结

onsemi 的 16V - 30V BLDC 电机驱动设计在电气性能、电机适配和热管理等方面都有详细的参数和测试数据。通过对这些数据的分析，电子工程师可以更好地理解该设计的特点和性能，从而在实际应用中进行优化和改进。希望本文能为大家在 BLDC 电机驱动设计方面提供有价值的参考。