有充分的理由說無刷直流電機絕對是電機驅(qū)動器中最酷的一款產(chǎn)品。您可以獲得更高的效率、功率和扭矩，更低的噪音、電磁干擾（EMI）及振動，更長的電池及電機壽命,更快的速度,更好的產(chǎn)品,更多的驚喜、樂趣和朋友,更好看的外觀以及無數(shù)追隨者的崇拜。這份清單使我可能已經(jīng)漸漸陷于自己的希望和夢想（見圖1），因此我只能說“結(jié)果可能會各不相同”。
圖1：無刷DC：希望和夢想的支持者
無刷直流電機驅(qū)動的樂趣在于算法。您可以實現(xiàn)有傳感器或無傳感器監(jiān)控、梯形或正弦控制、磁場定向控制（FOC）或換向�？蛇x方案和烹飪雞蛋的方法一樣多——但事實上，只有十種真正稱得上是獨特的（其他方法只是做了一個小小的變化）。但是我現(xiàn)在不打算談?wù)?/font>這些。我將要討論“步驟零”：為電機驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計硬件。在這一步，您隨時可離開。圖2所示為我對此現(xiàn)象的印象。
圖2：舒適度隨著電壓水平和模擬內(nèi)容線性下降
對于其余六個讀卡器，許多無刷直流電機系統(tǒng)旨在追求高功率和高效率，這意味著最好的實現(xiàn)方式是用分立式MOSFET控制柵極驅(qū)動器的微控制器（MCU）。在您測試出最佳的速度環(huán)路算法來控制您的電機之前，您只需將MCU的智能與MOSFET的原始電流驅(qū)動能力連接即可。柵極驅(qū)動器充當(dāng)MCU的邏輯域與MOSFET和電動機的功率域之間的轉(zhuǎn)換器。有兩種可以實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換器的架構(gòu)：分立式柵極驅(qū)動器和集成式柵極驅(qū)動器。有很多原因說服你任選其一。分立式驅(qū)動器提供最高的電源電壓支持和最優(yōu)的性能，但需要更多的組件并且缺乏保護功能。集成式驅(qū)動器為電機驅(qū)動器提供更具針對性的解決方案，但不會為您提供電壓支持或分立式柵極驅(qū)動器的超高性能。除在一個芯片上使用三個分立式柵極驅(qū)動器外，像DRV8320這樣的集成式驅(qū)動器還可以提供附加功能，如柵極驅(qū)動電源、感應(yīng)放大器、功率器件或集成式柵極驅(qū)動無源器件。剛剛略讀上述段落的讀者可以看下表1。
表 1: 分立式柵極驅(qū)動器與集成式柵極驅(qū)動器；表中的細(xì)節(jié)比段落細(xì)節(jié)更多！
在本系列的第2部分中，我將創(chuàng)建并展示分立驅(qū)動器和集成驅(qū)動器之間的原理圖和布局差異，以檢測我落實原理圖和布局的能力。
進入這一部分之前，讓我們回顧一下第1部分：
無刷直流電機很酷（可以幫您結(jié)交朋友）。
沒有人喜歡談?wù)搶嶋H的硬件（但是我打算這么做）。
分立式和集成式柵極驅(qū)動器各有優(yōu)缺點。
我可以整天談?wù)摴δ芎蛢?yōu)點，但工程師想看的是一些真正的電路。在這篇博文中，我將直接比較分立式和集成式柵極驅(qū)動架構(gòu)，展示兩者的電路板級差異。
原理圖和布局比較的兩個關(guān)鍵指標(biāo)是組件數(shù)量和解決方案尺寸。第一個度量標(biāo)準(zhǔn)是： 元件數(shù)量。這在原理圖完成后可以相對容易地找到。然而，解決方案尺寸的估算更加復(fù)雜。我經(jīng)�？吹皆诩呻娐吩叽缟虾唵螛�(biāo)注的解決方案尺寸。但是我發(fā)現(xiàn)這其實非常不準(zhǔn)確，因為它并未考慮外部元件、元件與電路板上的布線之間需要的間隙。
我在本地設(shè)計軟件上花費了一些時間，為無刷直流電機驅(qū)動器創(chuàng)建分立式和集成式柵極驅(qū)動器架構(gòu)的并行原理圖和布局。我選擇了TI一款分立式柵極驅(qū)動器和DRV8320作為我的集成式柵極驅(qū)動器。另外，我使用了NexFET™功率MOSFET 的標(biāo)準(zhǔn)QFN封裝。雖然這種設(shè)計恰好使用標(biāo)準(zhǔn)分立式FET，但TI最近推出了兩款可用于此應(yīng)用的垂直集成的半橋式電源塊，節(jié)省了更多的設(shè)計空間。這個運用使我因自己貧乏的電路圖和布局技巧倍感壓力，但是我希望這些圖片對那些想要比較這兩種無刷直流架構(gòu)的人有所幫助。
表1：分立式柵極驅(qū)動器與集成式柵極驅(qū)動器
這個看似速效的項目注入了很多設(shè)計和想法。從上面可以猜到，為簡化瀏覽，我決定創(chuàng)建一個沒有內(nèi)層的雙層電路板。不過，這意味著在布局上需要投入更多心思。同樣，分立式柵極驅(qū)動器上的柵極驅(qū)動設(shè)置組件和集成式柵極驅(qū)動器上的IDRIVE引腳組件需要進行調(diào)整，以便從外部FET獲得可接受的上升和下降次數(shù)。布局部分還有許多小的調(diào)整，以便實現(xiàn)兩種解決方案的最小尺寸。
