电机驱动集成的故事

作者：Wenjia Liu

就像每个MOSFET需要一个栅极驱动器来切换它，每个电机后面总是有一个驱动力。根据复杂程度和系统成本、尺寸和性能要求，驱动电机的方式多样。

最简单和离散的解决方案是由两个晶体管组成的图腾柱/推挽电路。这些晶体管可以是NPN和PNP晶体管的不同组合，产生将输入逻辑信号转换为高电流信号的放大器，其反之又导通和关断MOSFET和IGBT。在图1中，连接了发射器，提供放大输出以驱动FET。这种解决方案已广泛用于许多不同的应用，包括电动机驱动，主要因为其成本低并易于使用，但仍然存在一些限制和缺点。

图1：典型的推挽/图腾柱栅极驱动电路

例如，晶体管会发热，在一些系统中引起散热问题。或者两个晶体管都短暂接通，导致电路直通。对于PCB空间有限的应用，图腾柱电路不是理想的选择，因为它需要多个组件来实现栅极驱动功能。对于更高的输出电压，图1所示的解决方案需要额外的电平移位电路，以便在使用仅提供5V或更低电压的控制器来驱动开关时，实现输出和输入上的电压电平。晶体管和电平移位电路增加了图腾柱电路解决方案的物料清单（BOM）数量和所需的印刷电路板（PCB）空间。

栅极驱动器集成电路（IC）可以解决这些问题。栅极驱动器IC实现与图腾柱电路相同的功能，但有许多额外的好处：

栅极驱动器IC节省了空间和资源，因为它将所有组件集成到单个封装中。因此，物理尺寸较小，设计更直接，装配更容易。

栅极驱动器IC简化了电路板布局，减少了设计不确定性，因为数据表具有所有规格。

驱动电流不限于输入基极电流和增益，因此驱动能力更强，从而减少开关损耗并提高效率。

欠电压锁定（UVLO）和“防直通”等保护功能提高了系统的鲁棒性。

虽然图腾柱电路是作为一种成熟解决方案已流行多年，但现代和未来的系统需要更高的集成度和更高的性能。随着半导体技术的进步，栅极驱动器IC的成本已可与分立电路相比，这使得IC解决方案对于大多数应用而言更具吸引力和可行性。

TI提供广泛的栅极驱动器产品组合，适用于几乎所有市场和应用。TI的栅极驱动器支持非隔离解决方案的电压高达620V，隔离解决方案的电压高达5kV。LM5109B是低于100V的电机解决方案的通用解决方案。有关更多详细信息，请参见TI栅极驱动器页。

若您喜欢集成度更高的解决方案，那么系统级解决方案不仅提供栅极驱动能力，而且还具有MOSFET、片上通信以及不同级别的保护和控制，所有这些都集成在一个芯片中。这些解决方案进一步减少物理尺寸和设计不确定性。例如，TI的DRV8xxx系列是用于有刷直流、无刷直流和步进电机的通用解决方案。有关详细信息，请参阅TI电机驱动器页。

所有选项都有其优缺点，需要选择最适合您系统的选项。使用TI提供的各种解决方案开始设计，您会找到正确的解决方案。