安森美60V - 100V BLDC电机驱动设计解析

引言

在电机驱动领域，安森美（onsemi）的产品一直以高性能和可靠性著称。今天我们就来深入剖析一款安森美的60V - 100V无刷直流（BLDC）电机驱动设计，看看它在实际应用中的表现和特点。

文件下载：STR-60-100V-BLDC-MDK-GEVB.pdf

设计概述

设计名称与规格

该设计名为“STR - 60 - 100V - BLDC - MDK - GEVB”，主要针对60V到100V的BLDC电机驱动。其电源轨为96V，最大功率可达1200W，日期为2021年9月8日。

控制器与驱动

控制器驱动采用了Xilinx NCP81075和NTMFS7D5N15MC。功率级方面，有1个高侧（HS）和3个低侧（LS）开关，均使用NTMFS7D5N15MC。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。

关键性能指标

输入与纹波

• 输入纹波：在1200W负载下，输入纹波为2.6V。
• 自举纹波：同样在1200W负载时，自举纹波为2800mV。

效率与温度

• 效率：文档中未给出最大效率相关数据。
• 温度：在1200W负载下，最大温度达到73°C。

过流保护

硬件过流保护（OCP）限制为45A，且软件OCP可调节。

测试参数

• 测试速度：3000 RPM。
• PWM频率：在1200W负载时为20kHz。

测试电机

电机规格

测试使用了三款电机，其中电机#1的规格较为详细：

• 额定电压：96V
• 反电动势/转矩常数：0.254966 V - s/rad
• 定子电感：334 mH
• 定子电阻：829 mΩ
• 极对数：4
• 额定转速：3000 RPM
• 额定转矩：4 N·m
• 额定功率：1200W
• 转子惯量：0.00065 kg - m²
• 绕组类型：星形
• 轴直径：19mm
• 传感器：霍尔传感器

开关波形

不同相的开关波形数据显示，各相的死区时间和最大、最小振铃情况有所不同。例如，U相的关断死区时间为87ns，导通死区时间为94ns，最大振铃为128.00V，最小振铃为 - 12.0V。

直流电压与热性能

直流输入电压纹波

在不同负载下，直流输入电压的均方根值（Vout RMS）和峰 - 峰值（Vout PkPk）有所变化。无负载时，Vout RMS为96.16V，Vout PkPk为0.28V；1200W负载时，Vout RMS为96.15V，Vout PkPk为2.60V。

自举电容电压

在1200W负载下，不同相的自举电容电压的均方根值和峰 - 峰值也有差异。U相的Vout RMS为14.28V，Vout PkPk为2800mV；V相的Vout RMS为14.32V，Vout PkPk为2720mV；W相的Vout RMS为14.37V，Vout PkPk为2600mV。

热性能

在1200W负载、环境温度23.0°C、无气流（0 lfm）且浸泡时间为10分钟的条件下，PCB顶部和底部各组件的温度和温升情况不同。PCB顶部整个功率级的最高温度达到73.3°C，温升为50.3°C；PCB底部整个功率级的最高温度为59.4°C，温升为36.4°C。

保护功能

过压保护

开关（SW）的设定点为98.0V，在无负载时的触发点为99.00V，在1200W负载时的触发点为98.88V。

过流保护

包括硬件OCP和软件OCP，确保电机在异常情况下的安全运行。

总结

这款安森美的60V - 100V BLDC电机驱动设计在性能和保护方面表现出色。从关键性能指标来看，它能够满足高功率电机驱动的需求，同时通过多种保护功能保障了系统的稳定性和可靠性。各位工程师在实际应用中，可以根据具体需求对设计进行调整和优化。大家在使用类似电机驱动设计时，有没有遇到过什么特殊的问题呢？欢迎在评论区分享交流。