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集成智能——第1部分:EMI管理

2017-11-29 14:02:09     来源:微电机世界网     作者:德州仪器供稿    

【哔哥哔特导读】智能集成电机驱动器和无刷直流(BLDC)电机可以帮助电动汽车和新一代汽车变得更具吸引力、更可行及更可靠。

智能集成电机驱动器和无刷直流(BLDC)电机可以帮助电动汽车和新一代汽车变得更具吸引力、更可行及更可靠。

图1所示为集成电机驱动器结合驱动电机所需的一切要素,如场效应晶体管(FET)、栅极驱动器和状态机。集成避免了电线从电子控制单元(ECU)到电机的布线距离过长,并还具有更小印刷电路板(PCB)尺寸和更低整体系统成本的优点。

BLDC电机在汽车应用中提供的优势包括效率、紧凑的尺寸、更长的电机寿命和电池寿命、更安静的车内体验以及更好的EMI性能。

图1:智能集成BLDC电机驱动器

集成智能系列博文将描述BLDC电机的不同性能要求,以及什么因素使得TI集成电机驱动器“智能化”。本篇博文将在汽车应用的BLDC系统中详细阐述EMI管理。

BLDC电机在10-100kHz范围内的高开关频率条件下驱动。在这种高频下,高dv/dt和寄生电感的组合会导致在交换节点上发生高频振铃。这种振铃会发出可能干扰车内其他部件的高频噪声。

如图2和图3所示,调整外施电压的转换速率有助于减少振铃引起的干扰。在离散系统中,调节栅极驱动电阻会改变电压的转换速率。但必须手动更改电阻值,并根据测试结果选择最佳值。手动改变电阻的过程很繁琐,需要PCB的多次迭代,这增加了整体尺寸和复杂性。

在如DRV10983-Q1的集成驱动器中,栅极电阻不可测量,不能更改,但这并不是一件坏事。例如,在DRV10983-Q1中集成了转换速率控制;可以通过更改寄存器值来轻松更改此转换速率,从而加快EMI测试模块的整体运行速度。

图2:在120V/μs的转换速率下,对DRV10983-Q1和BLDC电机进行EMI测量

图3:以在35V/μs的转换速率下,对DRV10983-Q1和BLDC电机进行EMI测量

改善EMI性能的另一种方法是通过改变脉冲宽度调制(PWM)开关频率。PWM开关频率对振铃有所影响。在集成驱动器中,PWM频率可通过配置寄存器来更改。例如,DRV10983-Q1有两个频率(25kHz和50kHz)可供选择。

用于降低EMI的一种常见技术是抖动主时钟频率。抖动通过在频谱两端扩展开,来降低峰值频率的振幅。

通过使用具有完全集成功能的电机驱动器,如压摆率控制、可变PWM开关频率和抖动,可以减少用于滤波的外部元件的数量。这可以节省系统成本、电路板空间,以及最重要的节省了找出排放源所需的时间和重新设计电路板所费的精力。

在未来的博客中,我将讨论启动可靠性、初始位置检测、抗电压浪涌、电机在相反或相同方向旋转时的再同步、正弦换向和许多其他使电机驱动器变得智能的集成功能。

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