集成智能电机驱动的EMI 管理和软启动介绍
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1.前言
智能集成电机驱动器和无刷直流 (BLDC) 电机都可以帮助电动汽车和下一代汽车变得更具吸引力、可行性和可靠性。
集成电机驱动器结合了驱动电机所需的一切，例如场效应晶体管 (FET)、栅极驱动器和状态机，如图 1 所示。电机，并具有更小的印刷电路板 (PCB) 尺寸和整体系统成本的额外优势。
BLDC 电机在汽车应用中的优势包括效率、紧凑的尺寸、更长的电机和电池寿命、更安静的车内体验以及更好的电磁干扰 (EMI) 性能。
图 1：智能集成 BLDC 电机驱动器
2.汽车应用 BLDC 系统中的 EMI 管理
BLDC 电机以 10-100kHz 范围内的高开关频率驱动。在这种高频下，高 dv/dt 和寄生电感的结合会导致开关节点上出现高频振铃。这种振铃会发出高频噪声，可能会干扰汽车中的其他组件。
如图 2 和图 3 所示，调整所施加电压的压摆率有助于减少振铃引起的干扰。在分立系统中，调整栅极驱动器电阻会修改电压的压摆率。您必须手动更改电阻值并根据测试结果选择最佳值。手动更换电阻器的过程很繁琐，需要多次迭代 PCB，这会增加整体尺寸和复杂性。
对于像 DRV10983-Q1 这样的集成驱动器，栅极电阻器不可访问且无法更改——这并不是一件坏事。例如，在DRV10983-Q1 中集成了压摆率控制；您可以通过更改寄存器值轻松更改此压摆率，从而加快 EMI 测试模块的整个过程。
图 2：DRV10983-Q1 和 BLDC 电机的 EMI 测量示例，压摆率为 120V/µs
图 3：DRV10983-Q1 和 BLDC 电机压摆率为 35V/µs 的 EMI 测量示例
另一种提高 EMI 性能的方法是改变脉宽调制 (PWM) 开关频率。PWM 开关频率对振铃有影响。在集成驱动器的情况下，可以通过配置寄存器来更改此 PWM 频率。例如，DRV10983-Q1 有两个频率（25kHz 和 50kHz）可供选择。
一种用于降低 EMI 的常用技术是抖动主时钟频率。抖动通过将峰值频率扩展到整个频谱来降低峰值频率的幅度。
通过使用具有完全集成功能（如压摆率控制、可变 PWM 开关频率和抖动）的电机驱动器，您可以减少用于滤波的外部组件数量。这节省了系统成本、电路板空间，以及——最重要的是——找出排放源所需的时间和重新设计电路板的工作量。
3. 驱动无刷直流 (BLDC) 电机的电机启动技术
基于反电动势 (BEMF) 估计的高级无传感器算法需要 BEMF 的最小值来准确估计转子的位置，以在 180 度正弦模式下驱动 BLDC 电机。为了获得最小 BEMF 值，电机最初通过开环阶段驱动，直到达到最小速度，然后使用估计的 BEMF 在闭环中进行换向。电机启动分为两个阶段：一是电机静止时；其次，当它在没有 BEMF 信息的情况下开始加速时，如图 1 所示。
图 1：BLDC 电机的启动曲线，如 TI DRV10983-Q1、DRV10987 和 DRV10983 的数据表所示
在开环期间，电机在没有关于转子位置的任何信息的情况下驱动。这一阶段的开环换向，也称为盲换向，非常重要，因为它直接关系到系统的可靠性。如果盲换向配置不正确，电机将启动、失去同步和堵转。
至关重要的是，在开环状态期间，驱动器可以将电机加速到足以准确估计 BEMF 的速度。在这种开环状态期间，它还应该能够支持负载。达到交接速度后，驱动器从开环切换到闭环。该切换速度将根据电机的扭矩常数 (Kt) 而变化；也就是说，具有较高转矩常数的电机需要较低的切换速度，反之亦然。
因此，驱动器应该能够提供变速曲线以支持开环加速、可调节电流以支持各种负载以及可调节的切换速度。对于集成驱动程序，您可以通过配置少量电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM) 寄存器来实现这种盲启动。此功能在 DRV10983-Q1、DRV10987 或 DRV10983 等集成驱动器或 DRV10x 系列的任何其他无传感器驱动器中可用。
系数 A1 和 A2 设置加速度，Op2ClsThr 设置切换速度，也称为开环到闭环阈值。见等式 1：
如公式 1 所示，具有二阶加速度的优势之一是它使您能够驱动电机以匹配机械负载曲线。它还允许软启动，这意味着电机将以较慢的速度启动，并随着速度的增加逐渐增加加速度，如图 1 和图 2 所示。此功能对于具有高惯性负载的电机很有用。
图 2：开环加速期间的软启动
集成驱动器不仅能够使用盲换向启动电机；它还能够通过软开环加速平稳启动电机。这些功能将有助于旋转具有不同负载的各种电机。在下一部分中，我将探索不同的技术来启动电机以达到静止位置。
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