用于工业自动化的无刷直流电机

用于工业自动化的无刷直流电机

工业或工厂自动化是 BLDC 电机在工业细分领域增长最快的终端应用之一。随着工厂从更传统的有刷或步进电机转向 BLDC发展，以获得更高的效率和性能，对三相栅极驱动器的需求也在增长。在工厂机器人和协作机器人等终端应用设计中会使用多个电机。

NCD83591是一款60 V、3相栅极驱动器，专为无刷直流(以下简称“BLDC”)电机应用而设计，集成了三个独立的半桥驱动器和一个检测放大器，以提供简单易用的栅极驱动器。该方案凭借其小封装尺寸和栅极驱动架构提供高功率密度且易于使用，是工业应用的理想选择。NCD83591的最大输入电压为60 V，提供了充足的裕量以驱动额定电压通常在12至42 V的电机，适用于大多数工业自动化应用。再加上NCD83591具有工业客户非常重视的高功率密度和易用性，为这些应用提供了一个理想的方案。

功率密度

NCD83591 采用 4 mm x 4 mm QFN-28 封装，包括一个集成、完全可配置的电流检测放大器、一个下桥 14 V 稳压器和一个上桥电荷泵。该产品是业界尺寸最小的60 V、3相栅极驱动器，集成了至少一个检测放大器。小巧的封装尺寸和单个集成放大器为讲究空间的应用提供了完美的BLDC电机驱动方案。该产品支持客户快速实施梯形换向来驱动电机，同时最小化外部元件数以实现小的方案尺寸。与使用传统的独立半桥驱动器IC的分立方案相比，集成三相半桥驱动显著缩小尺寸。

图 1：NCD83591 IC

易于使用-梯形电机控制

NCD83591栅极驱动器采用单个集成放大器，是梯形电机控制换向的理想产品。这种方法是工业市场上最常见的 BLDC 换向法，是最佳转矩和设计简单性之间的最佳平衡点。虽然磁场定向控制(FOC)和直接磁通控制(DFC)换向方法在更复杂的电机控制应用中越来越受欢迎，但从易用性的角度来看，梯形换向仍是 12 至 40 V BLDC 工业市场的标准。

易于使用的恒流栅极驱动

栅极驱动架构是使用NCD83591三相栅极驱动器的另一个优势。该产品实现了恒流栅极驱动，而不是传统的恒压栅极驱动。恒流驱动提供相同的开关网络(电机相位绕组)转换时间，但节省了串联栅极电阻的成本，且驱动电路更小。无需串联栅极电阻器也有助于防止自导通。有关更多详细信息，请参见下面的图 2。

然而，恒流栅极驱动最显著的优点是IC能够感测其驱动的FET的实际栅源(Vgs)电压。栅极检测功能使NCD83591在易用性方面脱颖而出，因为它可实现死区时间优化和真正的交叉导通保护等好处。

死区时间通常被编程到MCU中，在关断一个相位的FET后再导通另一个相位的FET。编程通常会预留额外的时间，以确保不会发生交叉导通，因为时序会随温度、电源和老化而变化。NCD83591能检测栅源电压，实现FET关断之后，再导通同一相位中的对侧FET。这就无需对MCU进行死区时间编程，因为IC会处理，从而尽量减少脉宽调制(PWM)期间的死区时间，不受延迟影响。该产品还能检测到为FET供电的外部故障，当FET不应使能时，就禁用同一相位中的对侧FET来做出相应的反应。

图 2：恒流与恒压栅极驱动

来源：Onsemi

审核编辑：汤梓红