ZHCADR9 February 2024 DRV8214 , DRV8234
引言
電機(jī)驅(qū)動(dòng)器技術(shù)的新發(fā)展不斷推動(dòng)實(shí)現(xiàn)更智能、更高效且更具成本效益的電機(jī)控制系統(tǒng)。TI 全新的 BDC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 DRV8214 和 DRV8234 采用先進(jìn)技術(shù)，為變革電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式鋪平了道路。本應(yīng)用簡報(bào)探討了 TI 出色的有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器技術(shù)（紋波計(jì)數(shù)、速度控制和軟啟動(dòng)）如何重塑工程師設(shè)計(jì)電機(jī)控制系統(tǒng)的方式。您可以在“紋波計(jì)數(shù)應(yīng)用報(bào)告”中找到有關(guān)紋波計(jì)數(shù)的綜合性技術(shù)文章。
紋波計(jì)數(shù)
紋波計(jì)數(shù)是一種用于檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速和位置的無傳感器方法。TI 獲得專利的紋波計(jì)數(shù)算法對(duì)電機(jī)電流波形中的紋波進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過有源帶通濾波器過濾信號(hào)，通過誤差校正塊校正信號(hào)，并輸出用于確定電機(jī)位置和轉(zhuǎn)速的數(shù)字信號(hào)。
圖 1 紋波計(jì)數(shù)與編碼器尺寸比較
圖 2 紋波計(jì)數(shù)與編碼器尺寸比較編碼器問題
許多電機(jī)控制系統(tǒng)依靠霍爾傳感器、光學(xué)傳感器和編碼器來確定有刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置。這些外部傳感器廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)和市場(chǎng)，包括醫(yī)療、樓宇自動(dòng)化、打印機(jī)、個(gè)人電子產(chǎn)品和機(jī)器人。編碼器和光學(xué)傳感器通常與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器耦合來創(chuàng)建閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。盡管轉(zhuǎn)速和位置控制對(duì)于這些系統(tǒng)的安全性和可靠性至關(guān)重要，但外部元件通常比較昂貴、復(fù)雜并占用大量布板空間。
成本
編碼器的成本可能會(huì)給工程師和制造商帶來巨大挑戰(zhàn)。從最初的設(shè)計(jì)決策到制造過程中的選擇，與外部元件相關(guān)的成本可影響最終產(chǎn)品的整體競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)可行性。在當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)激烈的行業(yè)環(huán)境中，消費(fèi)者和各行業(yè)都需要更高效、更具成本效益的設(shè)計(jì)。此外，設(shè)計(jì)人員面臨高成本時(shí)，也通常不得不做出一些設(shè)計(jì)折衷。紋波計(jì)數(shù)技術(shù)解決了這一難題，因?yàn)闊o需編碼器和霍爾傳感器，每個(gè)系統(tǒng) BOM 節(jié)省的成本高達(dá) 1 美元。
尺寸
除了成本負(fù)擔(dān)，使用外部傳感器還帶來另一個(gè)挑戰(zhàn)，即對(duì) PCB 布板空間的需求。鑒于電子產(chǎn)品趨于小型化發(fā)展，節(jié)省布板空間至關(guān)重要，尤其是在智能鎖、打印機(jī)和掃地機(jī)器人等尺寸受限的應(yīng)用中。外部傳感器占用了寶貴的空間，使得緊湊型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)很有難度。我們可以從表 1 中看到，采用紋波計(jì)數(shù)時(shí)，省去了這些外部傳感器，可以將總體設(shè)計(jì)尺寸減小 85%。工程師不再需要將 PCB 連接到電機(jī)背面。尺寸減小為更簡化的設(shè)計(jì)鋪平了道路，可更方便集成到空間有限的各種應(yīng)用中。
設(shè)計(jì)復(fù)雜性
編碼器還帶來一個(gè)挑戰(zhàn)，即設(shè)計(jì)復(fù)雜性。設(shè)計(jì)編碼器需要具備有關(guān)編碼器的配置和接線方式的技術(shù)知識(shí)。編碼器必須根據(jù)特定電機(jī)類型進(jìn)行校準(zhǔn)和對(duì)齊，導(dǎo)致增加整體生產(chǎn)的時(shí)間和成本。通常，圓形 PCB 和嵌入式磁體安裝在電機(jī)背面。這會(huì)增加開發(fā)成本并延長開發(fā)時(shí)間。依靠這些傳感器的產(chǎn)品還容易受到供應(yīng)鏈中斷和價(jià)格波動(dòng)的影響。傳感器成本意外增加或供應(yīng)短缺可能會(huì)對(duì)產(chǎn)品的生命周期產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
TI 設(shè)計(jì)
為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，顛覆性產(chǎn)品 DRV8214 和 DRV8234 應(yīng)運(yùn)而生。這類出色的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器無需使用編碼器和霍爾傳感器，不僅能解決傳感器成本高昂的痛點(diǎn)，還可以提供可改善產(chǎn)品開發(fā)所有階段的整體設(shè)計(jì)。憑借較低的成本和簡化的設(shè)計(jì)，DRV8214 和 DRV8234 使工程師能夠擺脫外部傳感器造成的限制。借助這些器件，工程師能夠探索電機(jī)控制的新可能性，專注于創(chuàng)新以及創(chuàng)造更具競(jìng)爭(zhēng)力且更符合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品。
速度調(diào)節(jié)
DRV8214 和 DRV8234 還包含速度調(diào)節(jié)功能。速度調(diào)節(jié)可保持電機(jī)具有一致性能，不受驅(qū)動(dòng)器輸入電壓的影響。通過速度調(diào)節(jié)，用戶可以在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部寄存器中設(shè)定特定的電機(jī)轉(zhuǎn)速，以便在輸入電壓隨時(shí)間變化（常見情況，尤其是在電池供電型器件中）時(shí)保持轉(zhuǎn)速。用戶只需設(shè)置一次所需的速度，剩下的由 DRV8234 來處理。速度調(diào)節(jié)有助于釋放微控制器的資源，以便工程師可以將這些資源重定向到其他關(guān)鍵任務(wù)，從而提高整體系統(tǒng)的性能和響應(yīng)能力。
軟啟動(dòng)
這些器件還可以通過軟啟動(dòng)延長電機(jī)的使用壽命。軟啟動(dòng)特性自動(dòng)限制電機(jī)啟動(dòng)期間的浪涌電流，可減少對(duì)線圈繞組和其他電機(jī)元件的損壞。通過減小浪涌電流，軟啟動(dòng)可提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)器元件的可靠性并延長其使用壽命。這意味著需要更少的維護(hù)和更換成本，因此，DRV8234 和 DRV8214 對(duì)于注重耐用性和長壽命的項(xiàng)目極具吸引力。
結(jié)語
總之，DRV8214 和 DRV8234 展現(xiàn)了有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的技術(shù)飛躍。集成的紋波計(jì)數(shù)技術(shù)避免了使用昂貴的外部編碼器和霍爾傳感器，可顯著節(jié)省成本（每個(gè)系統(tǒng)節(jié)省高達(dá) 1 美元）。此外，該技術(shù)將 PCB 布板空間要求降低了 85%，可實(shí)現(xiàn)更緊湊、更優(yōu)雅的設(shè)計(jì)。速度調(diào)節(jié)功能可簡化電機(jī)控制，釋放寶貴的微控制器資源，并且即使在可變電壓下也能保持恒定速度性能。同時(shí)，軟啟動(dòng)特性可以延長電機(jī)壽命、降低維護(hù)成本并提高產(chǎn)品可靠性。