高集成和無(wú)感FOC發(fā)展趨勢下的BLDC專(zhuān)用驅控芯片

BLDC作為同步電機，因為其轉矩密度高，十分適合應用在移動(dòng)式產(chǎn)品中。尤其是近幾年，無(wú)人機、機器人和電動(dòng)汽車(chē)這些發(fā)展迅猛的行業(yè)都有很多BLDC的應用。

由于BLDC可以使反電動(dòng)勢的波形呈梯形，所以就可以采用具有矩形波形的直流電壓來(lái)生成低轉矩紋波的旋轉磁場(chǎng)，而矩形電壓很容易產(chǎn)生。所以隨便一款MCU，或者C2000系列DSP乃至于51單片機都可以產(chǎn)生這種PWM波，這也是為什么BLDC的控制和驅動(dòng)可以做得很簡(jiǎn)單。在低成本高效率應用上，BLDC幾乎就是最佳選擇。

目前終端市場(chǎng)對電機控制性能提出了更高的要求，不僅需要電機能夠做到高效率和多功能控制，還需要在追求高轉速的同時(shí)實(shí)現低噪音低振動(dòng)的控制效果。這些高標準的性能要求都對控制芯片提出了更嚴苛的要求。越來(lái)越多的高性能電機驅動(dòng)控制芯片在市場(chǎng)高需求和性能高標準兩大機遇下涌現。

其實(shí)不止于電機驅動(dòng)控制專(zhuān)用芯片，對集成電路設計行業(yè)而言，更高的集成度一直是正在為之努力的目標。對電機驅動(dòng)控制專(zhuān)用芯片來(lái)說(shuō)，單顆芯片如果有更高的器件或功能集成度，那么在應用時(shí)就能大幅簡(jiǎn)化外圍器件與電路。這對于BLDC整體的可靠性而言也是至關(guān)重要的。

近期，德州儀器（TI）就發(fā)布了MCF8316A和MCT8316A兩款BLDC驅動(dòng)。雖然還未正式開(kāi)始發(fā)售，但是從目前透露的信息已經(jīng)可以看到其性能的強大。

（圖源：TI）

MCF8316A和MCT8316A集成了實(shí)時(shí)控制功能和包括MOSFET在內的多達18個(gè)分立式元件。MCF8316A是無(wú)傳感器磁場(chǎng)定向控制電機驅動(dòng)器，智能地提取電機參數；MCT8316A則是無(wú)傳感器梯形控制電機驅動(dòng)器，無(wú)需微控制器接口，集成度高因此可簡(jiǎn)化系統。

據悉，MCF8316A包含了一項獲得專(zhuān)利的精密自動(dòng)死區時(shí)間補償技術(shù)。該技術(shù)可以補償電流失真，極大程度上優(yōu)化電機的聲學(xué)性能。MCT8316A則是通過(guò)不同的梯形控制技術(shù)來(lái)降低BLDC噪聲。

這兩款新產(chǎn)品集成了三個(gè)柵極驅動(dòng)器和六個(gè)高側和低側MOSFET，每個(gè)均具有50mΩ的導通電阻。單芯高集成的優(yōu)勢從德州儀器先進(jìn)的BLDC電機驅動(dòng)性能中可見(jiàn)一斑，兩款產(chǎn)品能夠在12V和24V系統中提供高達70W的功率和8A的峰值電流。高集成度的體現不只有這些，低壓降（LDO）穩壓器、直流/直流降壓穩壓器和電流檢測放大器等元件都集成在單芯中，省去了多達18個(gè)分立式元件。對于低壓節能型系統，這兩款產(chǎn)品應該可以帶來(lái)最理想的選擇。

使用集成了無(wú)傳感器控制功能的電機驅動(dòng)器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制時(shí)，電機中無(wú)需霍爾效應傳感器，因此可以提高系統可靠性并降低系統總成本。單芯片全集成帶來(lái)的成本下降也是下游客戶(hù)極其看重的一點(diǎn)。

在BLDC電機控制算法上，也是一代代更新。隨著(zhù)電機控制性能要求的逐年提升，BLDC控制算法也從方波控制轉型到有感SVPWM，然后到FOC。無(wú)感FOC控制算法目前已經(jīng)在各大廠(chǎng)商確立了主導地位，這主要還是因為FOC能在最大程度上實(shí)現高效率、低振動(dòng)、低噪音以及高響應速度等電機控制目標。

上述這兩款TI產(chǎn)品都是基于Field Oriented Control 的控制方式。這里我們視線(xiàn)轉回國內，從國內的BLDC控制芯片和方案上就可以看到，基本上所有國內廠(chǎng)商都選擇了FOC來(lái)推。

峰岹科技推出的FU6832就是內嵌無(wú)感FOC的高性能BLDC專(zhuān)用驅動(dòng)MCU。其實(shí)這款也做了單芯全集成，內部集成高速電機控制引擎、Predriver、LDO、運放、比較器、高速ADC及高速乘除法器，可硬件自動(dòng)完成電機FOC/BLDC運算控制。

（圖源：峰岹科技）

FOC控制下的電機換向性能極其優(yōu)秀，再最高轉速下正反轉切換可以做到十分順暢，同時(shí)FOC可以進(jìn)行電流（力矩）、速度、位置三個(gè)閉環(huán)控制。通過(guò)Clock調速和PWM調速，FOC控制下的BLDC震動(dòng)更低，噪音更小，響應速度更快。

在無(wú)傳感器FOC算法中，由于集成了先進(jìn)控制技術(shù)，因此可以顯著(zhù)加快電機調諧，例如，通過(guò)自行測量電機參數或自動(dòng)執行控制環(huán)路的調諧等方式加快速度。

ChipON的KF32系列針對BLDC電機應用也對FOC實(shí)現了相關(guān)的優(yōu)化。

（圖源：ChipON）

KF32系列強大的內核能在沒(méi)有任何硬件算法加速的情況下實(shí)現無(wú)感FOC下>240000RPM電轉速。

同時(shí)，使用KF32增強型ECCP輸出6路PWM，采樣電阻把電流信號轉為電壓信號，再通過(guò)KF32內集成的運放模塊差分運放，用KF32的ADC模塊采樣信號大小，采樣值再經(jīng)過(guò)FOC算法去調整控制PWM輸出的占空比，使電機的運行速度達到速度給定。

國內還有不少芯片廠(chǎng)商推出了基于BLDC應用的專(zhuān)用芯片，這里不一一列舉。

BLDC電機驅控芯片行業(yè)技術(shù)向單芯高集成和無(wú)感FOC控制的趨勢已經(jīng)很明朗，BLDC驅控芯片廠(chǎng)商如何在市場(chǎng)起量的契機下在高效率，低能耗，穩定性上取得突破將會(huì )是贏(yíng)得市場(chǎng)的關(guān)鍵。