有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的演變

回顧電子行業(yè) 20 年，我們已經(jīng)走過(guò)了漫長(zhǎng)的道路。最新的組件具有無(wú)與倫比的改進(jìn)和集成。處理器速度更快，LED 更亮，內(nèi)存更密集，一切都在降低功耗，集成電路 (IC) 集成的組件比以往任何時(shí)候都多。

然后看看最終產(chǎn)品，例如現(xiàn)代無(wú)人機(jī)（圖 1）。

圖 1：現(xiàn)代無(wú)人機(jī)

1080p60 相機(jī)帶主動(dòng)云臺(tái)補(bǔ)償？查看。
四個(gè)輸出千瓦功率的調(diào)速無(wú)刷直流電機(jī)？查看。
遠(yuǎn)程千兆赫數(shù)字收發(fā)器？不是問(wèn)題。

當(dāng)我們考慮電子技術(shù)的進(jìn)步時(shí)，有刷直流電機(jī)控制并不是我們首先想到的，但多年來(lái)它也在不斷發(fā)展。有刷電機(jī)的偉大之處在于其巧妙的內(nèi)部機(jī)制，可使用恒定的外部電壓切換電流方向。原始系統(tǒng)甚至可以只使用電池和電源開(kāi)關(guān)就可以逃脫，但這會(huì)遺漏一些有用的功能。

幾十年前，構(gòu)建功能齊全的有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員別無(wú)選擇，只能使用許多分立元件。其中包括用于形成 H 橋的微控制器、柵極驅(qū)動(dòng)器、繼電器或 MOSFET、檢測(cè)電阻器、用于放大檢測(cè)電壓的運(yùn)算放大器電路、用于測(cè)量檢測(cè)電壓的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、保險(xiǎn)絲用于故障保護(hù)，以及用于各種用途的大量無(wú)源元件。這種方法具有以下特性：

· 變速： H 橋提供開(kāi)關(guān)以對(duì)施加到電機(jī)的電壓進(jìn)行脈寬調(diào)制 (PWM)，并且占空比直接控制電機(jī)速度。

· 雙向控制： H 橋還可以讓我們以任一電壓極性偏置電機(jī)，從而在兩個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)。

· 故障保護(hù)：雖然保險(xiǎn)絲通常是最后的手段，但檢測(cè)電阻器提供了一種非破壞性的過(guò)電流測(cè)量方法。

· 電流控制：檢測(cè)電阻也可用于通過(guò)暫時(shí)禁用 H 橋來(lái)調(diào)節(jié)電流。

多年來(lái)，所有這些功能（以及更多功能）都已合并到單片硅片中。IC 設(shè)計(jì)人員不僅可以更高效地優(yōu)化封閉系統(tǒng)中的模擬電路，而且我們還可以在 IC 中做一些我們無(wú)法單獨(dú)完成的事情。例如，數(shù)以千計(jì)的數(shù)字邏輯門(mén)可以提供串行接口、強(qiáng)大的擊穿保護(hù)、柵極驅(qū)動(dòng)器電流控制 (“IDRIVE”)、故障報(bào)告和低功耗模式。該 IC 方法還提供 FET V DS感測(cè)、電源電壓監(jiān)視器和本地溫度傳感器。最終的結(jié)果是一個(gè)獨(dú)立的芯片，它占用的電路板空間很小，提供了高可靠性，并使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的生活變得更簡(jiǎn)單。

這種集成得到了模擬工藝技術(shù)進(jìn)步的補(bǔ)充。早在 1990 年代，TI 就設(shè)計(jì)了一種早期的 BiCMOS 工藝，該工藝使用了“最先進(jìn)的”1μm 特征尺寸！此后，我們的 BiCMOS 工藝節(jié)點(diǎn)經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次迭代，現(xiàn)在的技術(shù)提供了密集的數(shù)字邏輯、寬電壓支持和每面積R DS(on)非常低的 FET。這種趨勢(shì)只會(huì)隨著更高級(jí)的節(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)而繼續(xù)。

在大電流應(yīng)用中，今天的一些設(shè)計(jì)人員仍然使用分立電機(jī)電路，歷史上是為了成本和設(shè)計(jì)重用。今年，我們用我們的第一款全橋柵極驅(qū)動(dòng)器DRV8701解決了這個(gè)問(wèn)題。它在成本上具有競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)提供 IC 技術(shù)的所有現(xiàn)代進(jìn)步。

對(duì)于低電流有刷電機(jī)（峰值高達(dá) 3.6A），我們剛剛發(fā)布了 8 引腳 DRV8871 系列。DRV8871采用突破性技術(shù)，無(wú)需檢測(cè)電阻即可檢測(cè)和調(diào)節(jié)電機(jī)電流！這避免了與檢測(cè)電阻器相關(guān)的功率損耗、熱量、電路板空間和成本，而且世界上沒(méi)有類似的設(shè)備。

DRV8871器件是一款刷式直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，適用于打印機(jī)、電器、工業(yè)設(shè)備以及其他小型機(jī)器。兩個(gè)邏輯輸入控制H橋驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器由四個(gè)N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)組成，能夠以高達(dá)3.6A的峰值電流雙向控制電機(jī)。利用電流衰減模式，可通過(guò)對(duì)輸入進(jìn)行脈寬調(diào)制(PWM)來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。如果將兩個(gè)輸入均置為低電平，則電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將進(jìn)入低功耗休眠模式。DRV8871器件具有高級(jí)電流調(diào)節(jié)電路，該電路不使用模擬電壓基準(zhǔn)或外部感應(yīng)電阻器。這種新型解決方案采用標(biāo)準(zhǔn)的低成本、低功耗電阻來(lái)設(shè)置電流閾值。該器件能夠?qū)㈦娏飨拗圃谀骋灰阎剑@可顯著降低系統(tǒng)功耗要求，并且無(wú)需大容量電容來(lái)維持穩(wěn)定電壓，尤其是在電機(jī)啟動(dòng)和停轉(zhuǎn)時(shí)。該器件針對(duì)故障和短路問(wèn)題提供了全面保護(hù)，包括欠壓鎖定(UVLO)、過(guò)流保護(hù)(OCP)和過(guò)熱保護(hù)(TSD)。故障排除后，器件會(huì)自動(dòng)恢復(fù)正常工作。

因此，如果我們仍在使用超過(guò)五年的過(guò)時(shí)解決方案，我們可能想查看最新和最棒的解決方案。