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博文专区 BLDC 电机控制用 sIPM 简介

2022-11-10 13:40| 发布者: 闪电| 查看: 3| 评论: 0

摘要: 立锜科技有关 BLDC (无刷直流)电机控制产品的开发始于 2014 年,现有产品已经出到第二代,这些产品以电机控制器、门极驱动器和功率开关为基础元件,将它们全部集成在一起就构成了所谓的 sIPM®,即系统级的智能功 ...

立锜科技有关 BLDC (无刷直流)电机控制产品的开发始于 2014 年,现有产品已经出到第二代,这些产品以电机控制器、门极驱动器和功率开关为基础元件,将它们全部集成在一起就构成了所谓的 sIPM®,即系统级的智能功率模组,使用它们可以构成设计极其简单的 BLDC 电机控制器产品。



在上述列表中,RT7101 即是第二代的电机控制器,它与第一代的 RT7100 一样,是以 32 位 ARM Cortex-M0 为核心的电机专用控制器,其中包含有 A/D 转换器、D/A 转换器、SVPWM 信号发生器、看门狗定时器、增益可调运算放大器和用于数据及程序保存的 SRAM 及 MTP ROM 存储器,还另外加入了支持 15V 输入的线性稳压器,支持新增的反馈电阻连接方法,立锜为它配置了无需位置传感器支持的 FOC (Field Oriented Control,磁场定向控制)算法,已在各种电机控制实践中得到了应用。

如上图所示,无论负载轻重如何,在立锜科技BLDC 电机控制器控制之下的电机电枢电流都非常接近正弦形态,这就使得所控制电机之表现犹如交流电机一般,运转平稳,噪声水平低,可达到静音运行的效果。


立锜 BLDC 电机控制器采用独特的闭环控制策略,启动速度快,无论逆风、顺风、轻载、重载都可顺利启动,与其他电机控制器相比具有很鲜明的特色。

在实际的应用中,作为控制核心的电机控制器总是要与门极驱动器及功率开关结合在一起才能构成完整的电机控制系统,这样便有了将电机控制器和门极驱动器结合在一起的二合一控制模组和将电机控制器、门极驱动器和功率开关结合在一起的三合一控制模组,前者需要外接功率开关才能构成完整的控制电路,这样的设计对功率开关的选择限制很小,适用于功率比较大的应用,后者则受到集成功率开关的限制,比较适合低功率应用的需求,这种模组也因为是集成了包含功率元件在内的智能器件,被称为系统级的智能功率模组,简称 sIPM®

RT7056 是 sIPM® 的一个代表,其内部电路框图如下图所示:

其内部电路可以被分为三大块,最左侧的是以 MCU 为核心的电机控制器部分,左侧的 6 只 MOSFET 构成了功率开关部分,位于它们之间的就是三对门极驱动器,另外还有驱动MOSFET 时需要的自举二极管也被集成在其中,这样构成的整体被收纳于一个 SOP-23 的封装中:

规格书提供的应用电路非常简单,如下图所示:

其中的 VBUS 是驱动电机的电源输入,推荐的电压范围为 100V~450V,但最高耐受电压可达 600V;+15V 是 RT7056 需要使用的工作电源,其幅度范围是 +10V~16.5V,内部 MOSFET 的驱动会使用到它,IC 内部还有线性稳压器从它生成 5V 和 1.8V 电压供内部电路使用;SCL 和 SDA是外界和 RT7056 实现联系的 I2C接口信号,它们也可以作为 UART 的 RX 和 TX 来使用;FG&Fault 和 DAC OUT 是 RT7056 输出自己状态信息的端口;VBUS 的电压通过 RT7056 的第 10 脚 AD9 进入 A/D 转换器,RT7056 可通过它提供的数据对输入电压的高低和变化进行应对,电压过高、过低时可以提供一定的保护。

这是一个具体的应用电路,它可以被放到下图所示的PCB上:

再将它嵌入电机里就成了下图所示的样子:

为了加强 RT7056 的散热能力,一块能够降低热阻的导热胶被粘贴在芯片的表面,这对提高可靠性会有帮助。

RT7056 的 PCB 设计非常简单,但还是有一定的技巧值得注意,下图可以作为一个范例来看待:

具体到上面的那个半圆形设计,它的相关设计信息如下图所示:

RT7056 的订货格式如下图所示,可选项是其集成 MOSFET 的规格以及相应的固件代号:

RT7056 内部集成的 MOSFET 有两种规格(1.7A 和 4A),面对不同应用的客户可根据自己的需求进行选择,而针对应用特性需要定制的固件及相关参数则可利用立锜提供的支持工具进行选择和设定,立锜科技的现场技术支持人员可帮助客户一起落实相关的细节。


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