1. 集成式有刷直流解決方案如何減小汽車電機尺寸、增強保護并簡化設計

        2022-06-30 13:32:38 來源:德州儀器

        有刷直流電機控制簡單、成本低廉且功能多樣,非常適合需要集成式大功率可靠電機驅動器的汽車負載,比如車窗升降器、天窗控制、門鎖、鎖存器和發動機閥門。

        如果您正在設計汽車系統,可能會同時面臨器件級和系統級挑戰,包括尺寸限制、故障條件,以及滿足可重復使用以縮短開發時間的需求。因此,本文將詳細分析這些挑戰并提供相應解決方法。

        采用完全集成式高功率密度電機驅動器減小系統尺寸

        設計成本優化型汽車系統時,需著重考慮減小系統尺寸和節省布板空間。減小封裝尺寸并將功能集成至有刷直流驅動器,可減少外部元件數量,從而節省布板空間并降低成本。

        設計小型系統時,應考慮以下改進方法:

        ·        小型封裝尺寸 — 對于高功率密度解決方案,請使用具有高電流能力的小型封裝尺寸。DRV8243-Q1 系列推出了汽車類 HotRod 四方扁平無引線封裝,尺寸下限為 3mm x 4.5mm,是同類產品中用于有刷直流驅動器的超小封裝之一。

        ·        集成電流檢測 — 采用內部電流調節和電流反饋引腳,無需外部電流檢測電阻器,從而節省布板空間并降低成本。

        ·        集成式場效應晶體管 (FET) 解決方案 — DRV8243-Q1 系列可驅動高達 32A 的 H 橋峰值電流和 46A 半橋峰值電流。采用支持中高電流的集成式解決方案,無需使用柵極驅動器和外部 FET,可節省布板空間并降低成本。電流能力取決于印刷電路板設計和環境熱條件,因此,請務必查看我們的瞬態熱計算器,了解您的系統所能驅動的電流值。

        使用更小的封裝(如圖1所示)并盡量減少外部元件數量,可減小電路板尺寸并降低物料清單成本。

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        圖 1 :DRV8245-Q1 器件系列尺寸比較


        可靠解決方案的保護和診斷功能

        從電動后備箱門到燃氣發動機閥門的各種應用中,電機驅動器都扮演著重要角色。因此,設計出能夠檢測并防止各種故障情況的可靠解決方案十分必要。

        DRV8243-Q1 器件系列是首批在電機驅動器處于開啟和關閉狀態時都能提供開路負載檢測和短路保護的器件。圖2所示為器件離線保護功能如何使用連接到H橋的無源電阻器網絡在啟用FET之前檢測系統問題。即使H橋處于關閉狀態,該功能也有助于避免電機驅動器發生損壞或出現異常行為。

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        圖 2 :DRV8243-Q1 的關閉狀態診斷

        離線診斷有利于保護電機驅動器免受系統其他部位所發生故障的影響,避免整體磨損。如需了解更多關于 TI 離線保護功能如何保護汽車系統的信息,請參閱應用手冊“電機驅動器中的開路負載檢測

        串行外設接口選項提供詳細診斷,旨在確認故障的類型及發生位置,通過提供電機驅動器故障的問題根源,可節省設計人員解決問題的時間。

        采用可擴展驅動器優化設計

        電機驅動器驅動汽車中的各種負載,比如繼電器、電磁閥和電機。有時,這些負載全部匯集于同一應用,比如車門模塊車身控制模塊。

        DRV8243-Q1 系列的H橋和半橋驅動器支持設計重復使用,可在汽車系統中擴展不同負載。該器件系列具有相似的固件、功能和封裝引腳排列,支持在各種負載和電流范圍內重復使用,有助于縮短設計時間。用于獨立模式時,H 橋驅動器可驅動兩個單向有刷直流電機、電磁閥或繼電器,無需兩個獨立半橋驅動器;如圖3所示。

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        圖 3 :采用 DRV8243-Q1 系列型號實現跨多種負載擴展

        除具有相似固件外,DRV8243-Q1和 DRV8244-Q1引線式封裝還為引腳對引腳兼容,因此,在按比例調高或調低功率級別時更容易插入和更換這些器件。

        設計汽車解決方案時,解決方案尺寸、保護性能和設計重復使用是需要考慮的關鍵因素。如果對本文中的相關內容有任何疑問,歡迎您在TI E2E電機驅動器論壇中提出。

        其他參考資料

        ·        閱讀技術文章“引線框上倒裝芯片式封裝在電機驅動應用中的優勢”。

        ·        如需了解有關集成式電流檢測優勢的更多信息,請參閱應用簡介“集成式電流檢測的優勢”。

        ·        如需了解更多關于 TI 離線保護功能如何保護汽車系統的信息,請參閱應用手冊“電機驅動器中的開路負載檢測”。

        ·        閱讀應用手冊“用電機驅動器驅動電磁閥”。

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