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1、安森美为各驱动应用提供的理想方案安森美半导体在电机驱动器领域有超过25年经证实的领先地位，自2010年以来售出了20多亿片电机驱动器，是全球BLDC冷却风机和全球白家电电机驱动器方案的领袖，拥有步进、直流和无刷直流(BLDC)电机驱动器的最宽广的产品阵容，在售产品达400多款，并持续改进以实现零缺陷和符合不断发展的ISO标准。安森美半导体利用技术专长，致力于使电机驱动器方案提供更小尺寸、更高能效和更高系统可靠性，如通过集成的方案、单电源运行、内置系统保护、小封装等实现更小占位，通过低导通电阻/饱和电压、同步整流、软脉宽调制(PWM)开关、低功耗等实现更高能效，通过内置过温、欠压、过压、过流、击
2、穿等系统保护和宽工作电压范围实现更高系统可靠性。电机及其驱动器的基础知识电机分为交流电机和直流电机两大类，其中直流电机市场潜力巨大，全球目标市场容量(SAM)超过10亿美元，主要有步进、有刷和无刷等类别。步进电机易于控制位置，无需反馈，控制信号可以是简单的PWM脉冲串，易于接口到MCU，但能效较低，有相对高的噪声、震动和电磁干扰(EMI)等问题，通常通过微步数字通信克服这些缺点;直流有刷电机易于驱动，可通过PWM控制驱动速度，成本低，能效高，但容易磨损，使用寿命较短，会产生电刷火花和严重的EMI等问题，难以高速驱动; BLDC相对有更多的优势，因为无电刷，转子结构非常简单和强固，所以噪声低，无
3、磨损，使用寿命长，可靠性高，且可高速运转，但需要复杂的驱动电路，成本相对较高。按集成度的不同，有3种电机驱动器方案：系统单芯片(SoC)方案、集成的控制方案(ICS)和门极驱动器方案。SoC方案将DC-DC、门极驱动器、控制器、逆变器及反馈/保护等集成到单个芯片上，集成度高，适合空间受限的应用，简单易用;ICS方案相对于SoC方案，没有集成逆变器，因而可通过外部MOSFET支持宽范围的功率，适用于功率较大的应用，灵活性较高;门极驱动器方案则只集成DC-DC、门极驱动器和反馈/保护，因为控制器和功率器件都在外部，所以具有最高的灵活度。标准的BLDC方案安森美半导体的BLDC电机驱动器方案已广泛应
4、用于计算机、服务器、电动工具、打印机、冰箱、微波炉和汽车等应用。如图1所示，根据输出电流和电压范围的不同，我们标注出了不同的BLDC电机驱动器方案更适合的应用。图1：安森美半导体广博的BLDC电机驱动器方案阵容更高能效、更低噪声：单霍尔180度系列BLDC电机驱动器能效标准在不断提高，同时消费者还希望产品能更平稳、低噪声的工作。为帮助设计人员解决这些挑战，安森美半导体推出3款180正弦波驱动3相BLDC电机的器件：LV8811、LV8813和LV8814(如图2所示)，适用于家电如冰箱的散热风扇，游戏机和计算设备，这3款器件可由单个霍尔传感器控制，降低系统成本，导通电阻低至0.5 ，超前角易于
5、调整，提供PWM软开关和同步整流，因而可实现更高能效。在系统可靠性方面，此3款器件结合过流、过压、欠压和过温等保护功能，还包括锁定转子保护和自动恢复机制，集成度高，简化电机控制电路设计，减少噪声和振动，软启动和关断功能确保持续的工作稳定性。此外，这3款器件高度灵活，可通过一个直流电压或PWM输入进行速度控制，还可设定最小PWM占空比，无需软件因而省去软件开发时间。1. LV8811、LV8813和LV8814可满足设计应用的不同需求LV8811、LV8813和LV8814的最大电源电压、最大输出电流、REG引脚和HB引脚的最大输出电流都是相同的，VCC工作电压范围分别为3.6 V至16 V、6
6、 V至16 V，和3.6 V至16 V，低压关断阈值分别为2.5 V 、3.8 V和2.5 V。设计人员可根据不同的应用需求，选择适合的型号。这3款器件最大的不同在于占空比：LV8811的启动相对较复杂，其脉宽变化较为平滑，占空比从6%到5%，再到20%，最后到15%，可减少启动时的震动;LV8813和LV8814的启动PWM占空比则设定为从50%到25%，有助于提供启动时较大的扭矩。LV8811和LV8813采用集成散热盘的TSSOP20 封装，LV8814采用未集成散热盘的SSOP20封装。2. 单霍尔方案的启动过程首先，电机通过调整操作模式找到一个固定的位置，以减少由于依赖启动位置的启动
7、故障。如果霍尔IC检测到调整过程中的变化，会延长调整操作，然后在完成调整过程后立即执行180度驱动。如图3所示，首先通过霍尔IC检测转子的极性(N或S)，然后根据检测结果进入目标位置，随后提出转矩，开始转动，通过检测开关时间，最终开始正弦波驱动。图3：从单个霍尔IC中的信息，生成一组A至C和D至F的位置3. 单霍尔相对于其它驱动方式的优势对比3霍尔3相驱动器、单霍尔3相驱动器和无传感器3相驱动器，3霍尔驱动器可靠性最高，速度快，但需要使用3个霍尔，占板面积和偏置电流较大，成本较高;无传感器驱动器无需霍尔元件，占板面积小，结构紧凑，无偏置电流，但采用非正弦驱动方式驱动，可靠性和速度方面都低于霍尔
8、类驱动;单霍尔驱动器则是3霍尔和无传感器方案的折中方案。表1对比了安森美半导体的单霍尔驱动方案LV8813与无传感器BLDC驱动方案LV8804的工作电压范围、最大输出电流Io、驱动方式、传感器、速度控制信号、外部元件及调整元件。可以看到，LV8813在速度控制方面更灵活，所需的调整元件引脚更少更简单。LV8813采用软启动的启动方式，在启动调整时间1 s 后，开始以25%的占空比开始运转，随后转向目标占空比的工作模式，该过程的变化速率为26%/s。由于LV8813采用180驱动方式，工作时的正弦波形更为光滑、完整，而LV8804FV 采用150驱动方式，波形会有一些毛刺和不规则。此外，我们对
9、LV8813和LV8804进行了能效测试。如图4所示，当转速低于1,100 rpm时，LV8804 和LV8813 表现出差不多的能效(电机A)，但当转速提高到1,100 rpm以上时，LV8813 比LV8804能效更高(电机B)。图4：LV8804 vs. LV8813能效测试步进方案安森美半导体也提供步进电机驱动器方案，其中15 V以下的系列广泛应用于玩具、监控摄像、冰箱、微波炉、煤气炉、洗衣机、舞台灯等，24 V系列则主要集中在工业应用，如打印机、自动贩卖机、收音机、缝纫机、工业机器人等。图5为安森美半导体的12 V以上和3-15 V H桥/步进电机驱动器阵容。图5：安森美半导体的H桥
10、/步进电机驱动器阵容汽车BLDC方案除了传统的BLDC和步进应用，安森美半导体还专注于汽车BLDC应用领域，如各种泵、自动空调(HVAC)风机、座椅风扇、散热器风扇、LED大灯风扇等，可针对不同的功率级别提供相应的BLDC方案。如适用于油泵、水泵、散热器风扇、HVAC等应用的无传感器150度3相BLDC 预驱动器LV8907，内置门极驱动、LIN收发器和低压降稳压器(LDO)，将占板面积减至最小，配合外部功率MOSFET可实现不同的功率等级输出。该器件通过了AEC-Q100认证，结温最高达175 C，无需软件，集成逐周期限流、过流保护、过压/欠压保护、过温保护、堵转保护等丰富的保护特性，可靠性极高。此外，LV8907可灵活地通过OTP设置实现单独的工作模式和通过SPI进行实时控制。图6：LV8907框图总结安森美半导体拥有强大的电机驱动技术及成熟的电机驱动市场经验，宽广的产品线覆盖BLDC、步进电机和汽车等应用领域，并配合市场和设计人员的需求不断创新，其最新的单霍尔180度BLDC驱动系列LV881X，通过180正弦驱动提升电机系统能效及减小噪声，并省去软件开发，节省开发时间和工作量，为冰箱的散热风扇及游戏机和计算设备等驱动应用提供理想的方案。