必易微一站式BLDC散熱電機驅動及控制芯片解決方案

BLDC 散熱電機由于具有高效率、高可靠性以及低噪音等優點被廣泛應用于智能家電、安防監控、工業新能源、數據中心、汽車電子等領域。

必易微作為整體芯片解決方案供應商，針對上述應用領域，可為客戶提供更高效、可靠和環保的一站式 BLDC 散熱電機驅動及控制芯片解決方案。

圖 1. 單相 BLDC 散熱電機解決方案

圖 2. 三相 BLDC 散熱電機解決方案

個人電子

電子口罩、個人護理以及筆記本電腦等應用領域對體積要求嚴苛，要求 BLDC 散熱電機驅動控制芯片體積小，外圍元件少；此外電池供電場景還要求驅動控制芯片可達到高效和低噪聲。因此針對上述特殊應用場景，必易微推出了低壓三相 BLDC 散熱電機解決方案 KP93101。

方案 1

KP93101

KP93101 是一款三相無感電機驅動芯片，通過 PWM 輸入模式控制散熱電機旋轉速度。芯片采用三相無感方式偵測電機位置，精簡整個外圍線路；內置智能軟切控制模式大幅降低電機運轉噪聲和功耗。

此外芯片還集成了三相無感算法、Soft Switch、Current Limit、Lock and Restart、PWM 調速、FG 輸出、正反轉選擇及 TSD 保護等功能。

主要特點

? PWM 直接輸入控速

? 3-Phase Sensorless 驅動

? STB 省電模式

?UVLO 保護

? 內置 TSD 保護

? 鎖定保護與自動重啟

? 符合 RoHS 規范及無鉛，無鹵

? 封裝類型 DFN3×3-10

圖 3. KP93101 典型應用電路

KP93101 采用同步啟動技術帶動電機旋轉。通過檢測 BEMF 過零電壓，切換功率管狀態，改變線圈的相位，使散熱電機運轉。

啟動時，如果長時間未檢測到 BEMF 過零，同步啟動驅動技術將會強制改變功率管驅動狀態，帶動散熱電機啟動。同步啟動模式的頻率可通過外部 EXOSC PIN 接不同的電容值調節。同步啟動原理如下圖所示。

圖 4. 同步啟動邏輯圖

BEMF 電壓檢測是通過偵測三相 U，V，W 的反向電動勢過零點來確定電機轉子位置信息。U，V，W 輸出電壓及電流時序如下圖所示。

圖 5. 輸出驅動邏輯時序圖

家用儲能、個人電腦、工作站、

顯卡及其它 IT 設備等

家用儲能、個人電腦、工作站、顯卡及其它 IT 設備等運行時若溫度過高，會導致電子元器件壽命和可靠性下降，因此為了保證設備穩定性和使用壽命，必須進行散熱設計，所以必易微針對上述領域和痛點，推出了 KPE90772B 和 KP90873X 兩個系列單相 BLDC 散熱電機驅動芯片。

方案 1

KPE90772B

KPE90772B 是一款單相直流無刷電機驅動芯片，通過 PWM 直接輸入模式高效控制直流無刷散熱電機運轉。芯片內部集成了最低轉速設定或停轉設定功能，并具有轉速斜率設定、軟啟動、鎖定保護、自動重啟、散熱電機轉速偵測輸出、過熱保護、過電流保護和噪聲抑制等功能。

軟啟動功能可以有效抑制電機啟動瞬間的尖峰電流；轉速斜率設定可調整散熱電機調速曲線；噪聲抑制模式優化散熱電機噪聲性能，實現散熱電機低噪聲、低抖動運行；芯片具有鎖定保護和自動重啟功能，過熱保護功能，同時還具有轉速反饋 FO 輸出。

主要特點

?調速曲線斜率可調

?應用線路精簡

? 軟啟動時間外部可調

? 寬工作電壓 3V~18V

? PWM 直接輸入控速

? 內置霍爾偏置

? 鎖定保護與自動重啟

? 轉速反饋 FO 輸出

? 停轉轉速外部設置

? 最低轉速外部設置

? 內置過沖保護電路

? 內置過流保護電路

? 內置過壓保護電路

圖 6. KPE90772B 典型應用電路

軟啟動設置

當芯片電源上電后，前 4 個 FO 周期，固定以 35% 的占空比驅動，之后再逐次逼近設定占空比，所需軟啟動時間通過引腳 SST 外接不同的電容 CSST 到地設置，電容 CSST 值越大，軟啟動時間會越久，軟啟動功能時序如圖 7 所示。

圖 7. 軟啟動時序圖

最低轉速設置

當引腳 SSW 接 10kΩ 的電阻 RSSW 到地時，KPE90772B 系列芯片具有最低轉速設置功能；通過引腳 SR 外接不同的電阻 RSR 到地設置散熱電機不同的最低轉速，電阻 RSR 值越大，最低轉速占空比設定值會越??；電阻 RSR 的取值范圍建議為 7kΩ~23kΩ，若引腳 SR 浮空或電阻值大于 23kΩ，則沒有最低轉速功能。

最低轉速功能示意如圖 8 所示，當輸入 PWM 占空比小于一定值后，散熱電機轉速保持不變。

圖 8. 最低轉速與斜率設置

停止轉速設置

當引腳 SSW 接 33kΩ 的電阻 RSSW 到地時，KPE90772B 系列芯片具有停止轉速設置功能；通過引腳 SR 外接不同的電阻 RSR 到地設置散熱電機不同的停止轉速，電阻 RSR 值越大，停止轉速設定值會越??；電阻 RSR 的取值范圍建議為 22kΩ~76kΩ，若引腳 SR 浮空或電阻值大于 76kΩ，則沒有停止轉速功能。

停止轉速功能示意如圖 9 所示，當輸入 PWM 占空比小于一定值后，散熱電機停止轉動。

圖 9. 停止轉速與斜率設置

方案 2

KP90873X

KP90873X 系列是集成高靈敏度霍爾效應傳感器的單相閉環直流無刷電機驅動芯片，內置反向耐壓保護電路。將超寬的 PWM 輸入頻率(0.1kHz ~100kHz) 內部轉化成 30kHz 頻率的驅動信號，避免產生音頻噪聲。

KP90873X 系列既可以用于最低轉速設定，也可以用于停轉功能設定。此外芯片還具有轉速斜率設定、軟啟動、鎖定保護、自動重啟、散熱電機轉速輸出、轉動狀態輸出、過熱保護、過電流保護和噪聲抑制等功能。

主要特點

?高耐壓應用

?精確轉速反饋控制

? 轉速斜率外部設置

? 最低轉速/停轉轉速外部設置

? 內置反向耐壓保護

? FO/AL 引腳短路保護

? 軟啟動抑制峰值電流功能

圖 10. KP90873X 典型應用電路

轉速反饋控制

KP90873X 系列采用獨創轉速反饋控制算法，忽略外接電容 CCCL 和電阻 RRCL 的變化 (CCCL 為引腳 CCL 到地的電容，RRCL 為引腳 RCL 對地的電阻)，實際輸出轉速與設定轉速之間偏差控制在 ±5% 以內。

若斷開 RRCL 電阻時，在實測散熱電機開環條件下，輸入占空比 100% 時可達最高轉速記為 FMAX100，若設定閉環最高轉速 FMAX 滿足 FMAX≤0.9×FMAX100 條件，則根據公式 FMAX=1/(K×RRCL×CCCL) 設定 RRCL 和 CCCL 的值，從而實現散熱電機閉環控制，在輸入占空比 100% 時達到最高轉速為 FMAX。

圖 11. 反饋控制轉速精度示意圖

轉速斜率設置

設 KSLP=RHL/(RHL+RTHL)，當 8%≤KSLP≤ 90% 且 RHL+RTHL≥100kΩ 時，KP90873X 系列芯片具有轉速斜率設置功能，通過設置不同的 KSLP 比值，設置散熱電機不同的轉速斜率，KSLP 比值越小，轉速斜率設定值會越大。若無 RTHL 電阻，則要求引腳 SLP 接不小于 10kΩ 的電阻 RHL 到地，此時轉速斜率為 1。轉速斜率設置功能示意如圖 12 所示。

圖 12. 轉速斜率與最低轉組合

智能家電

隨著 BLDC 電機的飛速發展，很多家電場景也開始采用 BLDC 電機進行驅動控制，因此針對無葉落地扇、臺式扇、空氣凈化器及掃地機器人吸塵散熱電機等場景。必易微推出一款大功率、兼容 One 霍爾和無感控制的三相 SVPWM 電機驅動控制方案 KP93103。

方案 1

KP93103

KP93103 是一款三相電機驅動芯片，通過 PWM 或 DC 方式調控散熱電機轉速。內置無感控制算法，通過算法使驅動電流接近 180° 類正弦，同時該芯片還能兼容 One 霍爾的控制方式，進一步降低電機運轉的噪聲，提高抗干擾能力。

主要特點

?超低噪聲

?寬工作電壓 3.0V~40V

? 無需定位傳感器且兼容 One Hall 工作

? 相位超前滯后外部可設

? 類正弦電流驅動控制

? 調速曲線更豐富且無需燒錄

? 單顆兼容最低轉速及停轉設定

圖 13. KP93103 典型應用電路

方案 2

KP90870

此外針對追求性價比的單相散熱電機應用場景，比如電磁爐、加濕器等小家電市場，必易微推出一款極具性價比的單相 BLDC 散熱電機驅動控制解決方案 KP90870。

KP90870 是 24V 內置霍爾效應檢測傳感器的單相 BLDC 散熱電機驅動控制芯片。內置了電源反接保護、過溫保護、堵轉保護以及防反電動勢過沖保護等多種保護功能，使得系統運行安全穩定；通過內置的高靈敏度的霍爾傳感器，定位更精準，抗干擾能力更強；內置的電源反接保護功能，可使得系統外圍元件更少，有效降低成本。

主要特點

?集成電源反接保護

?低導通電阻，2.2Ω (HS+LS)

? 溫度穩定性好

? 內置堵轉保護

? 內置過溫保護

? 符合 RoHS 規范及無鉛，無鹵

? 封裝類型 TO-94

圖 14. KP90870 典型應用電路

圖 15. KP90870 內部功能框圖

工業控制、服務器、數據中心、

工業儲能、充電樁等

在一些工業控制、服務器、數據中心、工業儲能、充電樁等應用領域，散熱是必不可少的，而且該應用場景要求散熱電機排風量大、風壓強、排風速度快，才能更好、更快帶走熱量。針對上述應用領域和場景，必易微推出單相 BLDC 散熱電機預驅控制芯片 KPE90611。

方案 1

KPE90611

KPE90611 是一款單相全波無刷直流散熱電機前級驅動芯片，把超寬的 PWM 輸入頻率 (0.1kHz~100kHz) 內部轉化成 30kHz 頻率的驅動信號，避免產生音頻噪聲。

KPE90611 可以用于最低轉速設定，也可以用于停轉功能設定。此外芯片還具有轉速斜率設定、軟啟動、鎖定保護、自動重啟、轉速輸出、轉動狀態輸出、過熱保護、過電流保護和噪聲抑制等功能，非常適合各種高壓、大電流的應用環境。

圖 16. KPE90611 典型應用電路

堵轉保護及自動重啟功能

KPE90611 芯片內置堵轉保護及自動重啟功能，防止散熱電機堵轉時大電流燒毀，當檢測到散熱電機在 TON (典型 0.6 秒) 時間內沒有換相時，會關斷輸出 TOFF (典型 6 秒) 時間，再嘗試驅動 TON 時間，以此循環，直到解除堵轉后，再正常驅動散熱電機。堵轉保護及自動重啟功能時序如圖 17 所示。

圖 17. 堵轉保護及自動重啟時序圖

表 1. BLDC 散熱電機方案選型表

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審核編輯：湯梓紅