有刷直流电机驱动器的演变

回顾电子行业 20 年，我们已经走过了漫长的道路。最新的组件具有无与伦比的改进和集成。处理器速度更快，LED 更亮，内存更密集，一切都在降低功耗，集成电路 (IC) 集成的组件比以往任何时候都多。

然后看看最终产品，例如现代无人机（图 1）。

图 1：现代无人机

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远程千兆赫数字收发器？不是问题。

当我们考虑电子技术的进步时，有刷直流电机控制并不是我们首先想到的，但多年来它也在不断发展。有刷电机的伟大之处在于其巧妙的内部机制，可使用恒定的外部电压切换电流方向。原始系统甚至可以只使用电池和电源开关就可以逃脱，但这会遗漏一些有用的功能。

几十年前，构建功能齐全的有刷电机驱动器让系统设计人员别无选择，只能使用许多分立元件。其中包括用于形成 H 桥的微控制器、栅极驱动器、继电器或 MOSFET、检测电阻器、用于放大检测电压的运算放大器电路、用于测量检测电压的模数转换器(ADC)、保险丝用于故障保护，以及用于各种用途的大量无源元件。这种方法具有以下特性：

· 变速： H 桥提供开关以对施加到电机的电压进行脉宽调制 (PWM)，并且占空比直接控制电机速度。

· 双向控制： H 桥还可以让我们以任一电压极性偏置电机，从而在两个方向上旋转。

· 故障保护：虽然保险丝通常是最后的手段，但检测电阻器提供了一种非破坏性的过电流测量方法。

· 电流控制：检测电阻也可用于通过暂时禁用 H 桥来调节电流。

多年来，所有这些功能（以及更多功能）都已合并到单片硅片中。IC 设计人员不仅可以更高效地优化封闭系统中的模拟电路，而且我们还可以在 IC 中做一些我们无法单独完成的事情。例如，数以千计的数字逻辑门可以提供串行接口、强大的击穿保护、栅极驱动器电流控制 (“IDRIVE”)、故障报告和低功耗模式。该 IC 方法还提供 FET V DS感测、电源电压监视器和本地温度传感器。最终的结果是一个独立的芯片，它占用的电路板空间很小，提供了高可靠性，并使系统设计人员的生活变得更简单。

这种集成得到了模拟工艺技术进步的补充。早在 1990 年代，TI 就设计了一种早期的 BiCMOS 工艺，该工艺使用了“最先进的”1µm 特征尺寸！此后，我们的 BiCMOS 工艺节点经历了无数次迭代，现在的技术提供了密集的数字逻辑、宽电压支持和每面积R DS(on)非常低的 FET。这种趋势只会随着更高级的节点的出现而继续。

在大电流应用中，今天的一些设计人员仍然使用分立电机电路，历史上是为了成本和设计重用。今年，我们用我们的第一款全桥栅极驱动器DRV8701解决了这个问题。它在成本上具有竞争力，同时提供 IC 技术的所有现代进步。

对于低电流有刷电机（峰值高达 3.6A），我们刚刚发布了 8 引脚 DRV8871 系列。DRV8871采用突破性技术，无需检测电阻即可检测和调节电机电流！这避免了与检测电阻器相关的功率损耗、热量、电路板空间和成本，而且世界上没有类似的设备。

DRV8871器件是一款刷式直流电机驱动器，适用于打印机、电器、工业设备以及其他小型机器。两个逻辑输入控制H桥驱动器，该驱动器由四个N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)组成，能够以高达3.6A的峰值电流双向控制电机。利用电流衰减模式，可通过对输入进行脉宽调制(PWM)来控制电机转速。如果将两个输入均置为低电平，则电机驱动器将进入低功耗休眠模式。DRV8871器件具有高级电流调节电路，该电路不使用模拟电压基准或外部感应电阻器。这种新型解决方案采用标准的低成本、低功耗电阻来设置电流阈值。该器件能够将电流限制在某一已知水平，这可显著降低系统功耗要求，并且无需大容量电容来维持稳定电压，尤其是在电机启动和停转时。该器件针对故障和短路问题提供了全面保护，包括欠压锁定(UVLO)、过流保护(OCP)和过热保护(TSD)。故障排除后，器件会自动恢复正常工作。

因此，如果我们仍在使用超过五年的过时解决方案，我们可能想查看最新和最棒的解决方案。