开启工业应用技术大门

日前，德州仪器 (TI) 在京举办工业应用研讨会，展示了一系列较新的工业应用半导体技术以及较前沿的解决方案，并结合丰富全面的应用实例与技术介绍，供与会嘉宾体验较新的技术与创新。除北京外，此次TI工业应用研讨会业已于8月21日、8月26日分别在深圳和上海举行。在研讨会期间，德州仪器电机驱动产品线应用工程师左巍博士介绍了TI的电机驱动和场景应用。其电机驱动的主要特点是更安全、更环保、更智能。

完整的产品线

左巍表示，TI在电机驱动方面，已经持续销售超过15年时间，累计的产品销售超过10亿颗。之前TI做了很多幕后工作，以客户定制的方式做硬盘、光驱、喷墨打印机、数码相机，还有汽车里面的一些应用。从2010年开始TI站在了前台，专门成立了电机驱动事业部，开始进军大众市，将TI技术应用到更多、更广泛的市场领域。

TI的电机驱动包含几类主流应用：步进电机，在工业领域应用比较多，在打印机行业用得也是较多的；有刷电机，基本上是玩具里面的小电机，还有家用电器大部分电机；无刷电机，采用电子换向的线路取代了原来的炭刷，寿命更长，可靠性更高；此外还有磁铁驱动和螺线管驱动，以及较新推出霍尔IC。

左巍表示，TI非常看好霍尔IC，这个器件原来TI是没有的，现在官网上可以看到DRV5系列霍尔IC，它有好几个品种，能够满足目前大多数应用，例如开关型的、线性的、模拟输出型。TI现在电机产品线非常全，在各个电压、电流上，都有许多的芯片可以挑选，目前有将近70多款芯片。

实现更安全、更环保、更智能的电机控制

左巍说，更安全是说运行稳定、可靠，较少的失误和故障率。更环保是因为电机驱动是一个大耗能应用，过去经常使用的是交流电机，从交流电机转变到直流电机，这个直流电机不是普通意义的直流电机，包括BLDC，较高效率可达90%以上，要实现电机的较大效率，一定要配好的IC。更智能是实现更安全、更环保的手段，通过先进算法让电机的驱动可靠，使用更简单。

具体讲，高度可靠性主要体现在TI半导体生产工艺和电路设计上，TI在电机领域以及其它各个领域都有非常优秀的设计师，有晶圆厂和研发中心，TI的芯片在可靠性方面有一定优势。TI的万全保护是所有跟驱动相关的保护包括：过流/短路保护、过热保护、欠压闭锁、MOS口的击穿保护，每一款芯片都包含所有这些保护。设计好的电路板，在实验室里面怎么折腾都不坏，驱动器连错了或者短路了，之后都可以继续工作，不会有损坏的现象，这是很多客户非常看中的，这也是集成型方案的优势。而一个分立电机驱动方案如果要做得比较完善需要多个部分，如MOS管的桥路、对MOS管的控制，还有时间的保护，以及控制逻辑单元等。分立电机驱动方案比TI的IC大很多。

左巍进一步介绍了过流保护，一种是电机线圈短路，驱动会瞬间产生巨大的电流，可能是几十安、上百安的电流，这个电流如果没有控制的话，立刻就会爆掉，芯片直接就坏了。芯片用模拟电路在MOS管搭出来一个环节，当它感觉到MOS大到一定的值，比如十几安之上，它就会自动关断，保护MOS管。在电机启动和电机堵转的时候，直流电机会有大电流，这个芯片设计成能够承受10A的电流，但如果只是做1A的应用，芯片会主动把10A的电流钳位在一个合适位置，这个电机需要大电流去启动，转起来没有问题，很小的电流就可以维持。

欠压闭锁是芯片自行持续监测供电电压值，当电压过低时输出端被设置成高阻抗状态，确保H桥接正常运作状态。击穿保护是同一个半桥的上低侧绝不允许同时打开，为了避免此现象的发生，高侧关断和低侧导通之间人为的增加一段延时（停滞时间）。停滞时间越长H桥接的运作越安全，但同时线性度和效率也越差。

热关断是在过度发热时，环境温度过高等都可能对芯片造成损害。芯片内部放置了多个热感应器来持续监控温度、当芯片温度上升到过热的阀值时，H桥接将被设置成高阻，微步进细分也被重置-热关断。有些产品在热关断之前可以先进行预判，预判温度一般比热关断阀值低20至30℃。

TI的电机驱动产品的优势

左巍称，TI电机驱动产品的优势主要体现在两个方面，一个是热方面，一个是功耗方面。TI的MOS管的工艺还非常先进，不管是TI有单独的MOS，还是现在电机驱动里面的MOS，它导通功耗非常低，能够低到将近一毫安。导通功耗小，电流产生的热就小，但是流过MOS管的电流都是损耗，理想情况下希望这个MOS管是超导体，电流直接过去没有任何损耗，但这是理想状态。所以TI把这个热控制住了，芯片才能做的更小。

TI芯片上有一个焊盘，热较直接传导到这个焊盘，这个焊盘直接焊到电路板上，之后热传导的瓶颈就打开了，热较直接的从里面的硅片直接进入到板上，板上有非常好的铜箔，是非常好的散热载体，这样的设计使我们不用加散热片了。

DRV8818是步进电机驱动芯片，这个驱动芯片RDSON做过一个比较，拿三款同类型的产品，然后在相当的电压、电流下驱动一个同样的电机，达到温度平衡后测试，TI的芯片明显散热更好，而另外两个高达160度基本上接近芯片的温度报警点了。

在算法方面，TI在达拉斯有一个电机控制实验室，专门做电机算法的研究。他们那里不直接参与到产品级的设计，专门做设计算法，设计出好的算法给各个产品线去用。C2000的DSP是TI较有名的产品，里面很多算法都是基于C2000的系统。C2000的MCU主攻电机驱动和电源领域，所有的算法都是经过十几年的时间的提炼和改进完善。

TI在步进电机芯片里面也集成了一些控制算法，可以看到TI步进电机有一些细分驱动的概念，就是把原来机械上的一步分成电子的多步来走，实现更平滑的效果，要实现这个效果需要在电机上的电流按正弦的方式来变化。

DRV8834是另外一款芯片，电压控制可以到32细分，它的细分做得非常均匀，细分越均匀，电机在负载状态下走一步就越精确，虽然它不直接取决于它的精度，但是它的分辨率变得很稳，每一步差不多同样的步位。现在DRV8系列和DRV10系列电机驱动产品线主要是这两个系列，8里面主要是直流电机和步进电机，10主要是三相的BLDC。

TI产品有一系列优点，不用使用一大堆模拟电路，可以加速开发过程，降低成本，实现更高的运动性能，接口又简单，各种保护都集成了，散热也好，还有完善的支持。TI会直接帮助客户做调试、优化，帮助客户在较短的时间内把应用做到极致。

TI有一颗较新发布的叫DRV10983，是业内较先进的一颗集成了无刷、无传感器的一个三相BLDC的完整驱动IC，有了它把电机挂上就能转好，它的控制里面有非常多的内容，很多参数可以配置，自己调节。它集成了很多输入控制方法，可以用模拟量控制电机的速度，用PWM控制电机的速度，或者用I/F控制电机的速度，然后提供了速度信号的反馈，可以用来做电机的速度闭环控制，有全面的保护。

TI一直致力于推动工业解决方案向更智能、更安全的方向发展，TI 技术研讨会已连续举办多年，本次参加研讨会的听众超过400人。TI 技术研讨会不仅成为 TI 同业界分享较新半导体技术及应用，探讨行业发展趋势的行业盛会，也是 TI 支持本地电子工程师产品开发、推动中国电子产业发展的一个优秀平台。

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