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电机驱动器中的集成电流感应的优势分析
文章来源:永阜康科技 更新时间:2020/1/7 11:43:00
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张代明 
姚红霞 
潘波 
张顺平 

  许多刷式和步进电机应用必须对电流进行监控和调节。对于刷式电机,电流信息可用来确定负载条件的变化或用来限制启动和失速电流。对于歩进电机,高级别的微歩进需要调节每一步的电流。

  图1是电流与时间的关系图,显示了刷式直流电机的启动曲线。在此例中,在电机达到小于1安培的稳态条件前,电流被限定为约2安培。如果没有电流调节,同样的电机峰值可以达到14安培以上。因此不仅需要过度设计的电源来支持这一瞬态,还需要对电机驱动器进行额定以可靠地处理峰值电流。

  电机驱动器中的集成电流感应的优势分析

  图1.直流电机电流与时间

  传统上讲,可以在接地路径中使用外接分流电阻器来实现这种电流限制。监控这些分流器上的电压降,并将其与内部或外部(具体取决于器件)提供的参考电压进行比较。由于满载电流通过这些分流器,所以电阻器必须是功率电阻器,且在尺寸几乎与集成电路本身一样大(尺寸为3.2 mm x1.6 mm)的情况下达到1206,。图2比较了分流器和DRV8870 DC电机驱动器的大小。图3显示了带集成电流感应的DRV8871。在DRV8871中,单个0402电阻器用于设置限流阈值。如图3所示,集成电流感应可以节省电路板和组件。

  与功率电阻器相比,低功率信号路径电阻器需要的电路板空间更小,且降低了物料成本(BOM)。此外,电阻器上无功率损耗,并且在一个很可能已经处于热预算压力的设计中又消除一个热源。
 

图2.带外接分流器的DRV8870

图3.带集成电流感应的DRV8871


  既然已经清晰了解了限流和集成电流感应的优点,我们还可以通过IPROPI引脚在最新的刷式直流电机驱动器系列中添加监控功能。DRV8873是刷式电机驱动器系列的最新产品,可提供与流过电桥的电流成比例如的模拟电流输出。该比例电流通过一个小型电阻器,可以使用外部微控制器监测与电流成比例的电压,以确定负载条件的变化并相应地采取措施。有了这种内部电流监控功能,便无需使用外部功率电阻器和如运算放大器一样的调节电路。

  最后,由于步进电机传统上需要两个外部感应电阻器才能将电流返馈给驱动器,因此我们可以改进步进电机,使之更好地受益集成电流感应的PCB尺寸和BOM优势。图4对传统驱动器PCB占用空间和从内部电流感应中受益的DRV8886AT进行了比较。

图4.电路板布局减小


  只有在PCB布局过程中才能实现的一个不太明显的好处,即选择具有集成感应功能的器件时,可以简化布局。因此,不再需要绕过大型外部分流组件进行布线,也不需要断开需要更大的轨迹来承载器件电流的功率、输出和GND布线。

  总之,TI最新系列电机驱动器中的集成电流感应可移除BOM中价格昂贵的功率电阻器,减少电路板尺寸、组件数量,并简化PCB布线。

  表1.备选器件表
 

 
 
 
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