主流电机控制芯片方案（2022年电机控制驱动芯片盘点）
发布日期:2024-03-08
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（文/程文智）高效电机这几年来颇受行业重视，不少芯片厂商也开始把目光转向了电机驱动和控制市场。由于BLDC/PMSM电机的高效率、低噪声等诸多优势，越来越多的工业系统、家电、PC等系统中使用的电机越来越多地采用更加节能的BLDC/PMSM电机，但此类电机需要复杂的硬件和优化的软件设计才能提高其性能。为了方便设计人员快速，高效地设计出满足需求的电机控制和驱动解决方案，不同芯片厂商也在不断加大投入，设计出了不少新的电机控制和驱动芯片产品。今天我们就来看看今年有哪些厂商推出了哪些新的产品。
TI：近12个月推出了19款电机驱动器
TI是电机驱动芯片领域的老玩家了，其电机驱动器产品包括了栅极驱动器、H桥驱动器、有刷电机驱动器，以及BLDC电机驱动器等产品类型。产品种类和型号也很丰富，近12个月就推出了19款新的电机驱动器产品。
图：TI近12个月发布的电机驱动器新品（来源：TI官网）
据TI新闻稿介绍，去年推出的70W BLDC电机驱动器MCT8316A和MCF8316A可用于无需编程无传感器的梯形和磁场定向控制（FOC），能够让工程师字10分钟内启动BLDC电机，可用于各种工业系统、家用电器、呼吸机和持续气道正压通气机器等医疗设备中。
据悉，MCF8316A和MCT8316A无刷直流电机驱动器包括一系列独特的换向控制算法，无需开发、维护和验证电机控制软件，从而减少数周的设计时间。这些算法和高度的集成特性可以使电机驱动器更好地管理电机故障检测等关键功能，同时实施保护机制，从而提高系统可靠性。这些电机驱动器集成了无传感器技术来确定转子位置，因此无需外部霍尔传感器，可降低系统成本并提高可靠性。
MCT8316A 无传感器梯形控制电机驱动器可以达到最大 3.5kHz 的电机频率，且可以通过不同的梯形控制技术来降低BLDC电机噪声；而MCF8316A则包含了一项获得专利的精密自动死区时间补偿技术。该技术可以补偿电流失真，极大程度上优化电机的声学性能。
此外，MCF8316A和MCT8316A 可使设计人员缩小高达 70% 的布板空间，并降低电机系统的总成本。这些器件集成了三个栅极驱动器和六个高侧和低侧 MOSFET，每个均具有 50mΩ 的导通电阻。这使得这两个器件可在 12V 和 24V 系统中提供高达 70W 的功率和 8A 的峰值电流。这些电机驱动器还集成了例如低压降（LDO）稳压器、直流/直流降压稳压器和电流检测放大器等元件，省去了多达18个分立式元件。
两个月之后，TI在MCF8316A和MCT8316A两款BLDC驱动器的基础上，又推出了MCT8316Z，给驱动12V至24V直流电机的客户提供了一种单芯片无代码，并且包含传感器梯形的选择。该芯片集成了传感器梯形控制的三相BLDC电机驱动器，工作电压绝对最大值为40V，最大输出电流为8A。MCT8316Z采用的是霍尔传感器的120°换向，同时支持模拟或者数字霍尔输入。该器件支持高达200kHz的PWM频率，同时PWM还支持同步与异步调制。此外，该器件还有车规级版本。
ST：继续推出高集成的电机控制芯片
ST在电机驱动器产品方面这几年也投入不少，从其工业峰会中就可见一斑，这几年的ST工业峰会都会单独有一个电机控制分论坛。从其官网可以看到ST在电机驱动器方面有MOSFET和IGBT驱动器、无刷直流电机驱动器、有刷直流电机驱动器和步进电机驱动器四个大类的产品。
ST这几年主要在推其STSPIN32系列产品，近期ST推出了两款基于STSPIN32电机控制SiP的参考设计，以帮助工程师简化工业或家电压缩机电机驱动器的开发。其中，STEVAL-CTM011V1的目标应用是最高达 250W 的通用工业压缩机，而 STEVAL-CTM012V1 符合严格的家电能效法规要求。这两款即插即用的参考设计很容易与主控系统整合，启动电机，并允许客户微调设置，获得最佳的性能。两个参考设计的平均能效都大于 96.5%。
据其新闻稿介绍，这两款参考设计的核心组件都是ST的 STSPIN32F0601Q电机控制SiP。该SiP集成了STM32F031 Arm Cortex-M0微控制器和鲁棒性非常高的 600V三相栅极驱动器。微控制器支持根据终端应用的具体需求定制电机控制算法，栅极驱动器用于控制逆变器开关管。配套固件包括高效无传感器矢量控制(FOC)算法。该SiP是一款尺寸紧凑、热效率高的方形扁平无引线 (QFN)封装，可满足安全性和可靠性对爬电距离的严格要求。
在汽车级电机控制器方面，ST在2022年还推出了L99DZ200G，该芯片包含两个 H 桥栅极驱动器、一个用于驱动外部 MOSFET功率管控制后视镜加热的栅极驱动器、一个用于控制自动防炫目后视镜调光的控制单元及高边驱动器，以及五个 LED 高边驱动器，其中三个可以在恒流模式下工作，为输入电容较高的照明模块供电，另外两个高边驱动器用于控制普通 LED照明灯。
通过两个 H 桥驱动器，L99DZ200G 可以同时控制两个主轴电机，并驱动一个额外的收紧电机，用于关闭电动尾门或后备箱。两个驱动器都可以在发电机模式下运行，在电源轨中检测到过压时，可以同时激活两个低边 MOSFET开关，保护控制器。
工程师可以通过单片L99DZ200G实现前车窗、后视镜、照明灯及后窗升降功能。
英飞凌：汽车级电机驱动芯片集成度越来越高
英飞凌的电机控制解决方案可以用于汽车、消费和工业应用中，主要有iMOTION和MOTIX两个子系列产品。其中iMOTION系列主要用于工业和消费类电机控制应用，该产品系列提供了多层次的硬件和软件集成。硬件集成的多层次是指从独立的电机控制器到SmartIPM上集成的完整逆变器系统这一广阔跨度。软件集成的多层次则是说英飞凌既提供完整的“交钥匙”式解决方案，也提供可供开发者自由编程的模块。另外，该产品特别采用了英飞凌的电机控制引擎（MCE）技术。采用基于MCE技术的“交钥匙”式解决方案，加上MCEwizard和MCEdesigner作为辅助工具，可以方便地实现一个变速驱动解决方案。
MOTIX产品系列是为各种100mA到70A汽车及工业应用设计的功率桥系列，配备各种不同的功能集。比如大功率直流电机电桥可为直流2A到峰值电流70A的电机驱动提供灵活、可扩展的解决方案，具有不同的功能选项，可用于各种应用领域，而智能功率电机电桥由多种专用于汽车及工业应用的电桥组成。
例如英飞凌今年推出的智能集成半桥系列：全新的MOTIX™ BTN99xx（NovalithIC™ ），除了一个P通道高侧和一个N通道低侧MOSFET外，该BTN99xx还包括完全集成在单个封装中的智能驱动器IC，具有易用性、高级保护和可扩展性等特点，因此适用于各种汽车应用。此外，BTN99xx还在单个坚固封装中集成各种功能，因此也适用于需降低PCB消耗的应用。凭借超强可靠性，BTN99xx也非常适合座椅控制、电动尾门和滑动门、燃油泵等其他应用。
这款新器件采用英飞凌的逐片和层叠工艺，集成在坚固的封装之中。得益于英飞凌最新的MOSFET技术和创新的芯片减薄工艺，在25°C条件下，BTN99xx的常态路径电阻可大幅降低47%，下降至5.30 mΩ，同时，其电流限值可提高至75 A。因此，BTN99xx很适用于小型化的大电流PWM（脉冲宽度调制）电机驱动器。
其实，MOTIX BTN99xx介于分立门驱动器和基于Arm处理器的高度集成的嵌入式功率电机控制产品之间。BTN99xx系列芯片包括BTN9970LV和BTN9990LV两种型号，均采用7×8 mm的HSOF-7封装。
结语
从目前芯片企业推出的芯片解决方案来看，电机驱动芯片在向着更加简单易用的方向发展。
当然，除了上面提到的这几家，Qorvo、ADI、NXP、Microchip、罗姆、瑞萨等国际厂商，以及峰岹科技、凌鸥创芯、国民技术、中微半导体、杰发科技、灵动微电子、先楫半导体、圣邦微、纳芯微等企业也都有电机控制和电机驱动器相关的芯片产品。更多的详细内容，感兴趣的工程师可以关注<电子发烧友网>11月17日在深圳湾万怡酒店举办的2022年电机控制先进技术研讨会，届时我们将会分享更多电机控制和驱动器的相关信息。
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