如何经济有效地将你的应用过渡到无刷直流电机

带Cortex-M3 CPU的高效系统

借助软件，CPU 和闪存允许极高的系统灵活性；例如，支持对转速和电流控制的实时要求、实现分布式执行器系统(例如LIN集群)的通信和诊断功能。HVC 4223F业已集成了主振荡器。可对CPU实施降频以降低功耗且不影响外设模块的功能。为减少电磁辐射,还包括一个降低EMI的模块(ERM)。可通过AHB/APB总线系统对所有外围模块进行编程并同时对系统要求进行调适。可将诊断和应用数据存储在集成的NVRAM中。

HVC系列产品的工作电源由12V车载电气系统直接提供并符合ISO 7337测试脉冲规范。启停系统由特殊的保留模式支持。与传统的线性稳压器相比,集成开关式稳压器(buck转换器)降低了功耗。节能模式支持低功耗,如Kl.30应用。外部负载(如霍尔传感器)可由可编程高侧开关供电。

对分布式小型驱动系统(例如暖通空调系统)的通信来说,HVC集成了LIN-UART和LIN物理层。另外,它还有另一个带自动寻址功能用于LIN集群的LIN管脚，例如用于暖通空调阀的应用。上述的系统集成和网络能力是小型和微型电机进一步小型化和集成化之路上的重要一步。

所用的驱动电路对驱动系统的可靠性具有决定性影响。新HVC的架构包括广泛的诊断和保护功能，其SPFM大于60%(支持ASIL)。这对按照ISO 26262在系统级的分解很重要；也即,对将安全和防护功能分配给单独和独立的系统器件承担同样重要，且这种分配可在系统、硬件和软件层面实施。

高的系统集成度对要求的系统失效时间(FIT)率有积极影响,这是因器件数量减少了。

灵活诊断的一个好例子是通过软件实现热管理。


图1:无刷直流电机内的电子集成。

通过评估电流和温度,可采取措施以适应操作规范；例如，CPU降频、限制电机电流、在电机桥中采用自由环电流模式等。

新的HVC 4223F采用小巧的6×6mm、40点QFN封装，充分满足小型化要求，非常适合将电子功能集成到电机或执行器内。同时,裸露的触点(ePAD)保证了良好的热连接。结温度可达40℃到+150℃，而集成的过热监控支持在对温度有很高要求的环境使用此款产品。

带BLDC电机驱动器的定位应用实例

用于定位应用的机械执行器通常必须提供高扭矩(例如阀门、挡板等)。通常采用齿轮以获得负载所需的低转速，这就引入了相当大的摩擦损耗。在许多情况下,执行器必须要输出一个稳定的保持转矩，且执行器不能丢失其最后位置以避免需要校准。基于量轻、体小的要求，电机和电子几何扮演着重要角色。示例描述了一款单片电机驱动器方案，它采用HVC 4223F在无传感器、借助LIN通信接口实现六步通勤的环境下，驱动BLDC电机。图2显示的是阀门驱动器的原理系统，它集成了基于HVC 4223F单片方案的完整电子功能。

表3:HVC 4223F所用的外围功能概述


软硬件交互和电路方案

运动控制系统内，硬件和软件间的高效协同工作，取决于可用芯片外设的特定功能分布。表3对图2所示的无传感器、六步通勤、包括rpm和电流控制、带诊断和通信栈功能这样一个系统，总结了一种可能的方法。软件架构可以采用简单的轮询中断。


图2:带BLDC电机的示例系统。

图3所示是该系统的一个基本电路方案。电机的外部组件数量可被减少到最少12个(参见图3中的表)。在有特殊的系统ESD和/或EMC要求情况下,可能需要另外器件,如用于直流供电回路或信号通路的铁氧体磁珠等。


图3:原理电路方案。

结论

因为电子产品成本的下降，采用BLDC电机技术的小型电机驱动方案的数量将增长。Micronas的高度集成的单片HVC 4223F方案是这一趋势的推手。

电机的种类将增加、功能会提升,包括智能驱动器之间的联网。此外,必须满足对量轻、体小、更高功率密度、更低成本的要求。所用的电机需要小巧、轻便并能用于分布式LIN总线网络。

因可采用单片方案开发微小电机的完整平台，所以可缩短设计时间。通过调整软件，可针对不同的电机类型和属性。当今的有刷直流电机方案可以一对一地直接更换为无刷直流电机系统；在外面,BLDC电机看起来与传统电机无异，但内部却提供智能运动控制所需的所有优势。

自我诊断和功能安全发挥着越来越重要的作用。借助电子实现的整合了智能的驱动器可以提供该诊断功能。电机的属性可能会与时俱进，可以跟踪这些影响并将其存储在电子电路中，并在一定程度上进行调整。

对软件进行调适可满足大量的功能和应用需求。客户可借助单一控制器有效地配置一个完整平台。很少的分立器件和高集成度实现了高度小型化，且支持实现具有现代种类电机优点和好处的经济方案。硬件和软件的高度可重用性支持快速响应客户需求的变化。