无论是调整座椅至最佳位置还是能够轻松打开行李箱,车身电子设备系统都可使用电机来提高驾乘人员的舒适性和便利性。

金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)控制这些应用的电动装置。但将 MOSFET 用作开关给电子控制模块设计(包括电磁干扰(EMI)和热管理、电流感应、断电制动以及诊断与保护)带来了新的技术性挑战。德州仪器开发的集成电路(IC)电机驱动器产品集成了模拟功能,可帮助电子控制模块设计人员应对这些挑战,同时减小解决方案尺寸并缩短开发时间。

 


本文中,我们将讨论可帮助应对这些设计挑战、集成到电机驱动集成电路中的特定模拟功能。

 

降低电磁干扰(EMI)
降低 EMI 可通过在芯片级和 PCB 级的功能和解决方案来实现。降低 EMI 的一种关键方法是控制脉冲宽度调制(PWM)边沿速率。栅极驱动产品,如用于有刷 DC(BDC)电机的 DRV8705-Q1、DRV8706-Q1、DRV8714-Q1 和 DRV8718-Q1 栅极驱动,以及用于无刷 DC(BLDC)电机的三相 DRV8343-Q1 均集成了智能栅极驱动技术,专门用于控制 PWM 边沿转换速率。此外,这些器件还提供了选择压摆率的功能,可最大程度地缓解 EMI。降低 EMI 的另一种常用技术是振动主时钟频率。具有集成 MOSFET 的 DRV10983-Q1 三相 BLDC 电机驱动器还集成了主时钟频率的抖动功能,通过在整个频谱上扩展峰值来减小振幅。

 

热管理
基于所驱动的负荷,电机的工作电流和失速电流的取值范围很广。对于高电流负荷,栅极驱动产品可让您选择使用分立 MOSFET 进行设计。电子控制模块设计人员可优化布局,从而实现最佳的热管理。对于低负荷电流负荷,可以使用具有集成 H 桥 MOSFET 的 DRV8873-Q1、DRV8874-Q1 和 DRV8876-Q1 等器件来驱动负荷,同时实现最佳的热管理。此外,由三相 BLDC 电机驱动器驱动的低电流负荷可使用带有集成 MOSFET 的 DRV10983-Q1。请注意:DRV10983-Q1 还集成了换向算法,从而使单芯片解决方案可驱动电机。

 

电流感应
测量电机中的电流以检测电路和电机故障,并使用纹波计数来推断电机位置。所有德州仪器 BDC 和 BLDC 电机和栅极驱动产品都集成了电流感应放大器,以放大电阻两端的电压。此外,DRV8106-Q1、DRV8706-Q1、DRV8714-Q1 和 DRV8718-Q1 还提供了一个在线电流感应放大器。使用在线电流感应测量,还可确定电机旋转方向。


传统上讲,车窗使用由 BDC 电机驱动器驱动。但是,系统设计人员正在研究使用 BLDC 电机来驱动车窗,因为 BLDC 电机更为安静。另外,还考虑使用 BLDC 电机来旋转自动驾驶汽车的座椅底座。集成了电流感应功能的三相智能栅极驱动 DRV8343-Q1 可在这些应用中使用。

 

断电制动
通过 MOSFET 解决方案,当关闭电机电源时,电机可自由旋转。这种情况下,手动移动负荷,如手动打开或关闭电源线,可能会导致产生较大的反电动势,从而损坏电子器件。针对行李箱控制模块应用的 DRV8714-Q1 和 DRV8718-Q1,集成了断电制动功能。此功能可测量产生的电压并将电子制动应用于电机。此功能可阻止电机旋转,从而停止产生电流。

 

诊断与保护
控制电机时,必须检测电路故障并保护系统远离这些故障。BDC 和 BLDC 栅极驱动集成了诊断电路以检测开路和短路。此外,我们还提供某些集成电路的故障模式分布和管脚故障模式分析信息,以在需要时辅助功能安全设计。

 

在车身应用中实施控制模块
表 1 将产品对应到这些应用中使用的电机。

 

表 1:适用于车身电机应用的一系列产品