德州仪器的电机驱动产品已经持续销售超过15年时间,累计销量超过10亿颗芯片。产品涉及硬盘、光驱、喷墨打印机、数码相机、汽车等诸多领域。作为电机驱动市场快速成长的见证者,2010年德州仪器调整了其电机驱动的发展策略,成立的独立的电机驱动事业部,面向更为广阔的市场进军。
经过几年发展,在传统市场基础上,德州仪器电机驱动事业部的产品几乎覆盖了所有的新兴领域,正在从幕后走向前台。
德州仪器电机驱动部分产品
更安全:保障稳定性,较少的失误和故障率
相比其他的芯片,电机驱动芯片对稳定性和故障率的要求非常之高,如运行中的家电、汽车是要尽可能避免马达故障出现的。因此德州仪器的电机驱动产品在这方面进行了大量的研发投入。
首先是尽量提供高度整合的解决方案。通过减少PCB尺寸,缩减BOM,避免分立元器件设计带来的诸多不稳定因素。
德州仪器的单芯片方案与离散解决方案对比
“为实现同等功能,离散方案需要超过100个晶体管,数字门电路,放大器,LDO,温度传感器和保险丝。而且不要忘记还有打件的成本哦” 德州仪器(TI)马达驱动产品线应用工程师左巍解释说。
然后,根据多年的应用经验,德州仪器针对电机驱动芯片的一系列保护措施,包括:
• 过流 / 短路保护: 电机驱动芯片与地线、电源或线圈之间的短路都会引起巨大的电流冲击芯片,因此都需要提供保护措施。德州仪器的电机驱动产品一般都包括另一个保护电路“ILIMIT”,通过减小功率管的门级电压,整机电源漏极电阻从而限制通过电流。此外,在电机驱动芯片内部的每个功率管都需要单独的保护机制,以便能迅速应对过流状况。
• 过热保护:为应对芯片过热的情况,德州仪器的电机驱动芯片内部放置多个热感应器持续监控温度,一旦温度达到过热阀值,H桥接将被设置为高阻,微步进细分也被重置——实现热关断。此外,某些产品还提供热关断预判,在低于热关断阀值20~30摄氏度的时候就进行热关断操作,从而有效保护芯片。
• 欠压闭锁: 晶片自行持续监测供电电压值,当电压过低时输出端被设置成高阻抗状态,确保H桥接正常运作状态。
• 击穿保护: 同一个半桥的上低侧绝不允许同时打开,为了避免此现象的发生,高侧关断和低侧导通之间人为的增加一段延时(停滞时间)。停滞时间越长H桥接的运作越安全,但同时线性度和效率也越差。
DRV88xx芯片完全短路也不影响工作
更环保:更低功耗更高效率
凭借在模拟半导体领域生产设计的多年技术积累和先进的生产工艺,德州仪器的电源驱动产品产品可以将功耗降得更低,在实现更高效率的同时,也保障了系统稳定性,降低了散热需求,使产品更具成本效益。
DRV8818相比同类产品温度低30%
更加智能:提供先进算法,让芯片更加智能。
电机驱动的设计难点在于让电机按照人们的意愿去动作。听起来似乎不难,实际上,因为电机转动依靠的是磁力传动,而设计人员却只能通过改变电信号来间接影响磁力,这就造成了很多不确定因素,需要电机驱动芯片能够根据情况更加智能的去控制电机。也就是电机控制非常依赖于算法的主要原因。
德州仪器通过与大学合作,通过其著名的Kilby电机实验室来满足客户的需求。在电机驱动算法领域的研发是很多方案供应商、设计公司难以企及的高投入领域,而这项投入产生的深远影响将在很长一段时间内持续为德州仪器贡献利润。
左巍表示 “有些客户,甚至是完全不了解电机驱动开发的公司,也可以通过使用我们提供的参考设计和驱动算法(德州仪器官网上提供了所有的源代码、开发板源文件开放提供给所有客户使用。)实现自己的原型机设计。再进一步,他们就可以改一改某些参数,看看结果,最后成为电机驱动开发的专家。”
拓展新技术
德州仪器的电机驱动芯片产品在各电压、电流规格领域现已拥有70多款不同产品,并且仍在积极进行技术创新。
左巍表示 “我们非常看好霍尔IC在电机驱动领域的应用,DRV5系列提供包含数字锁存器、开关以及模拟双极性输出选项,支持无刷 DC (BLDC) 电机控制、家庭安防、工业阀门及阻尼器位置传感器、速度及位置控制环路以及流量计等应用。举例来说:大多数霍尔磁铁都只是产生对N极或者S极有作用,它对另一级是没有作用的。而我们有一款芯片是N极、S极来都可以。结果那个客户就解决一个大问题,他装磁铁的时候不用再考虑哪一面的问题,得到客户的好评。”
DRV10983新一代24V三相无传感电机驱动芯片,可实现电机无极调速,并监控电机状况,电源是否过压/欠压等等故障状况,这款产品独特的180°三相正弦控制算法在相与相之间有重叠区,电机旋转转起来更加平稳,更加安静,成为很多家电厂商的兴趣热点。此外,DRV10893内部集成了可编程转换配置文件、IPD、Align+Go、正向和反向启动、可调节通信角度、同步整流、高级转子锁定保护等功能。
DRV10983新一代24V三相无传感电机驱动器
三相无刷直流电机180度驱动技术让电机更加平稳
尽管电机驱动的话题不像物联网、传感器那样热门,但也是被很多业者公认的未来电子技术的热门领域。比如仅仅是用来解决地铁站到公司(家)的最后一公里问题的单轮代步车(绰号风火轮)的产品,深圳就有好几百家公司在生产。可以预见的是,人们现在想到的和未来想到的产品中肯定都不会缺少电机(马达)的身影。而对德州仪器公司中这群执着于电机驱动技术的人们来说,他们释放的技术热情,一定能获得丰厚的回报。