圖1：無(wú)刷直流電機在汽車(chē)中的應用

　　

　　

直流無(wú)刷電機無(wú)需電刷和換向器，解決空間受限的系統設計，且不用擔心一般的磨損、火花和噪聲，提供良好的控制，為汽車(chē)內的特定應用提供可變速控制。更重要的是，直流無(wú)刷電機可提升燃油能效，節省約60%~70%的能耗。當無(wú)刷電機用于電動(dòng)助力轉向(EPS)，行駛里程增加3~5%，用于 電動(dòng)水泵(EWP)及電動(dòng)油泵(EOP)提升約3%的能效，用于燃油泵提升約1%的能效。例如，水泵和油泵通常通過(guò)發(fā)動(dòng)機電源運行。如果發(fā)動(dòng)機停止，發(fā)動(dòng)機啟停系統就沒(méi)有電源。但是，如果電機用于水泵和油泵，無(wú)論發(fā)動(dòng)機是啟動(dòng)還是停止，這些功能都可獨立運行，從而提升燃油經(jīng)濟性。

　　

　　

若采用直流無(wú)刷電機替代有刷電機，那么以前必須由換向器機械式完成的工作，現在通過(guò)三相逆變器電氣化完成。逆變器需要一個(gè)門(mén)極驅動(dòng)器，它通常由一個(gè)微控制器實(shí)施復雜的軟件算法來(lái)控制。這增加了系統復雜性，對工程師來(lái)說(shuō)是一大技術(shù)挑戰。而安森美半導體推出的智能直流無(wú)刷電機控制和驅動(dòng)芯片LV8907，可解決這一挑戰。該方案無(wú)需外部電機位置傳感器或系統微控制器，減少PCB占位面積，自帶嵌入式控制算法，無(wú)需自寫(xiě)電機控制算法，降低系統復雜性，縮短開(kāi)發(fā)周期，加快產(chǎn)品上市。
 

圖2：LV8907無(wú)需傳統方案中的微控制器和傳感器

 

　　

LV8907利用無(wú)傳感器驅動(dòng)邏輯實(shí)現無(wú)傳感器120度或150度控制換流，采用近似正弦波運行以滿(mǎn)足無(wú)聲驅動(dòng)要求?？膳渲玫膮颠m合一系列電機和負載組合，一次性可編程(OTP)內存提供參數存儲，實(shí)現方案定制化，省去外部元件來(lái)執行各種設置，實(shí)現獨立工作，集成門(mén)極驅動(dòng)器，用于驅動(dòng)外部N-MOSFET，電荷泵驅動(dòng)提供100%占空比和擴展的低壓工作。芯片通過(guò)LIN接口與外界交互，SPI接口提供配置、實(shí)時(shí)控制和診斷。在汽車(chē)應用中，要求能在150°C的環(huán)境溫度(Ta)和170°C的結溫(Tj)下工作，LV8907耐受工作結溫達175℃，確保在嚴苛的汽車(chē)工作環(huán)境下的可靠性，完全符合AEC-Q100標準。

 

圖3：LV8907框圖

　　

由于LV8907高度集成MOSFET門(mén)極驅動(dòng)器、LIN收發(fā)器和低壓降穩壓器(LDO)，最大限度地減少占位面積;無(wú)需依賴(lài)的位置傳感器，無(wú)軟件缺陷，故障監測及診斷功能完善，集成逐周期限流、過(guò)流保護、過(guò)壓/欠壓保護、過(guò)溫保護、堵轉保護等一系列保護特性，基于狀態(tài)機的方案采用OTP實(shí)現參數化，無(wú)EMI/EMC問(wèn)題引起的數據損壞，實(shí)現最高系統可靠性;LV8907無(wú)需軟件和易于定制，比基于微控制器的方案縮短達80%的開(kāi)發(fā)時(shí)間，加快產(chǎn)品上市，并節省物料單成本。

　　

　　

隨著(zhù)降低汽車(chē)內電子電路成本、減小尺寸及重量，和實(shí)現更高可靠性的要求日益增加，智能功率模塊可更好地滿(mǎn)足趨勢所需。如安森美半導體的STK984系列，集成BLDC LV8907和多個(gè)獨立的功率MOSFET，無(wú)需電路板、傳感器和外部微控制器，節省空間、減輕重量，成本也隨之降低，用于驅動(dòng)汽車(chē)滑動(dòng)門(mén)、EPS單元、泵、雨刮、HVAC和散熱風(fēng)扇，提供更高可靠性。

 

圖4：獨立的無(wú)傳感器式電機控制IPM

　　

STK984系列采用獨特的絕緣金屬基板技術(shù)(IMST)，將不同結構的半導體元件及無(wú)源器件和其它部分集成到單個(gè)模塊中。IMST結構通過(guò)使用絕緣層覆蓋鋁片，將銅箔置于頂層，并在銅箔上蝕刻，使單層布線(xiàn)圖案能被自由定制?；贗MST的IPM，由于功率晶體管、提供溫度檢測的控制電路和保護電路可貼裝在同一板上，從而最大限度減小溫度檢測的誤差，實(shí)現高精度溫度檢測;由于在金屬基板的鋁片和銅箔之間有一個(gè)分布式電容通過(guò)絕緣樹(shù)脂，有效地降低噪聲;此外，IMST結構還提供出色的散熱性能。

　　

例如，3相無(wú)刷電機驅動(dòng)器IPM STK984-090A-E/091A-E內置預驅動(dòng)器IC、分流電阻和電荷泵電路，集成過(guò)流、過(guò)溫、過(guò)壓/欠壓等保護特性，可用于汽車(chē)鼓風(fēng)機風(fēng)扇、散熱風(fēng)扇、水泵和滑動(dòng)門(mén)等等。

　　

又如STK984-190-E集成7 個(gè)MOSFET到單個(gè)小封裝中，采用直接鍵合銅(DBC)基板，無(wú)需絕緣襯墊，具有低熱阻抗，提供極佳散熱性和設計靈活性，內置反向連接電池保護，提升可靠性，完全符合AEC-Q100要求，用于12 V系統時(shí)的電機功率達300 W。同分立方案相比，STK984-190-E的占位面積、重量、元件數和熱阻抗分別減少48.7%、36.2%、53.8%和21.1%，是用于汽車(chē)雨刮器、風(fēng)扇和泵等應用的理想器件。

　　

　　

為應對汽車(chē)功能電子化趨勢，車(chē)用電機正越來(lái)越多，并從有刷直流向無(wú)刷直流發(fā)展。隨著(zhù)減小尺寸及重量、降低系統成本和實(shí)現更高可靠性的要求日益增加，需要不斷提高集成度。安森美半導體提供全面的無(wú)刷電機方案，包括分立和集成方案，如無(wú)傳感器的BLDC LV8907及更高集成度的IPM STK984系列，解決軟件編寫(xiě)、空間、成本和設計時(shí)間等方面的挑戰，提供更高能效、功率密度和系統可靠性，是水泵、油泵、燃油泵、散熱風(fēng)扇、HVAC、雨刮器和滑動(dòng)門(mén)等汽車(chē)應用的理想選擇。

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