电机驱动软件开发（电机驱动模块怎么连接开发板）

电机作为将电能转化为机械能的装置，种类丰富，用途广泛。它们在工业、汽车、农业、办公、家电等场景中随处可见。以新能源汽车电控系统中使用的电机为例，涉及直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机四大类。

自1831年英国物理学家、化学家法拉第发明第一台电机至今已有近200年的历史，电机行业的发展重点也从直流有刷电机和交流异步电机转向永磁同步电机。和无刷直流电机。永磁同步电机具有高效率、高功率因数、高可靠性、低温升、体积小等诸多优点，已广泛应用于航空航天、石油、冶金、工业、农业、医疗设备等众多领域；直流无线有刷电机具有效率高、寿命长、结构简单、运行可靠、维护方便等突出优点。它们已广泛应用于家用电器、办公设备、工业设备、医疗设备等领域，有着巨大的市场潜力等待着大家去挖掘。挖掘。

技术的进步正在推动市场快速发展。据市场研究机构Grand View Research统计，2020年全球电机市场销售额已达1505亿美元。2020年至2027年，全球电机市场销售额预计将以6.4%的速度增长。复合年增长率持续攀升，到2027 年将达到2325 亿美元。

对于电机应用来说，除了选择合适的电机类型外，驱动控制电路也非常重要。一般由主处理器、增量编码器和驱动芯片组成。是提高电机能效的关键。技术和产品的先进程度直接关系到节能减排的水平。因此，如果能找到合适的电机驱动芯片，可以在开发效率、系统能效、集成度和可靠性等多方面辅助电机解决方案的设计。

话不多说，我们先来看看贸泽电子为电机开发商精心准备的八款主流电机驱动芯片的全面盘点礼包——。这些来自知名厂商的创新电机驱动解决方案不仅种类丰富，而且各有优势。设计电机相关应用的完美选择。

东芝TB9058FNG电机驱动器

TB9058FNG是一款符合AEC-Q100标准的汽车直流伺服电机驱动器，能够测量当前电机位置，控制电机旋转，并确保旋转到目标位置。

图3是驱动器的内部框图。该驱动程序基于本地互联网网络（LIN）1.3协议规范，可以以19200bps/9600bps/4800bps/2400bps的通信速率与LIN总线进行通信。它可以作为一条总线连接多达16 个设备。从设备。

图3：TB9058FNG 的内部框图（来源：东芝）

TB9058FNG的工作电源电压范围为7V至18V，待机电流消耗10A。在设备唤醒之前，考虑到振荡稳定所需的时间，预计至少需要等待10ms才能开始接收数据。

该驱动器具有优良的保护功能，包括增强验证功能、1.5A驱动器短路保护、过温过压保护电路。

MC33HB2000AES 是一款SMARTMOS 单片半桥IC。它是采用ISO 26262 流程设计的H 桥电机驱动器。它符合AEC-Q100 1 级标准，可满足严格的汽车应用需求，包括电子节气门控制、废气再循环(EGR) 控制、涡轮、涡流和旋转以及废物挡板控制、电动泵、电机控制和配件。

MC33HB2000AES 的工作电压范围为5V 至28V，可控制峰值电流大于10A 的感性负载。标称连续平均负载电流为3A。它通过电流镜输出信号提供高精度实时电流反馈，误差小于5%。

图5是该电源IC的功能框图。该驱动器提供了一种通过由低RDS（on）N 沟道MOSFET 和集成控制电路组成的单片H 桥有效驱动直流电机进行正向和反向轴旋转的方法。 H 桥的开关动作可进行脉冲宽度调制，以实现扭矩和速度控制，可选择从0.25V/s 至16V/s 的八个步长，使用户能够灵活地满足EMI 要求并最大限度地减少开关损耗。输出由四个配置为标准H 桥的功率MOSFET 组成，由IN1 和IN2 输入控制。

图5：MC33HB2000AES 功能框图（来源：NXP）

MC33HB2000AES 提供多种安全和保护功能，包括电荷泵欠压、过压和VPWR 欠压、接地短路和VPWR 短路（每个输出）、开路负载、温度警告和热关断。同时，该电源IC 具有很强的可扩展性，SPI 可编程电流限制和转换速率允许相同的电机驱动器用于各种电机尺寸。

ADI电机驱动器MAX22203

MAX22203是一款65V、3.8A双通道有刷或单通道步进电机驱动器，可用于驱动两个有刷直流电机或单个步进电机。器件中有两个H桥，最大工作电压为65V。每个H 桥均可单独控制，并具有0.3 极低的典型RON（高侧+ 低侧），从而实现高驱动效率并减少热量产生。

该器件的一大亮点是电桥输出电流由非耗散电流检测电路(IC) 检测，与可配置阈值电流(ITRIP) 相比，无需通常需要的外部功率电阻器。通过将外部电阻连接到REFA 和REFB 引脚，可以为两个全桥独立设置ITRIP 阈值。

MAX22203的另一个亮点是其众多保护功能，包括过流保护(OCP)、热关断(TSD)和欠压锁定(UVLO)。每当检测到故障情况时，开漏低电平有效nFAULT 引脚就会被激活。在热关断和欠压锁定期间，驱动器处于三态，直到恢复正常运行。

此外，MAX22203还集成了电流驱动调节(CDR)。出于多种原因，电流检测外部控制器可以使用CDR 引脚。下图7 显示了当电机正向旋转且DIN2 保持高电平（情况A）或DIN2 切换时（情况B 和C）时CDR 功能的具体行为。例如，引脚占空比可用于检测失速条件。

图7：MAX22203 的CDR 行为（来源：ADI）

MAX22203可用于有刷直流电机驱动器、步进电机驱动器、电磁驱动器和锁止阀

英飞凌IM818-LCC智能功率模块

IM818LCCXKMA1 是一款全隔离双列直插CIPOS Maxi 1200V、15A 三相智能功率模块，采用DIP 36x23D 封装。它为电机驱动应用提供了功能齐全的紧凑型逆变器解决方案，可用于控制变速驱动应用。三相交流电机和永磁电机，包括工业驱动器、风扇和泵、HVAC 室外风扇、有源滤波器等。

IM818LCCXKMA1基于1200V TRENCHSTOP IGBT技术构建，显着提高了器件的静态和动态性能。同时，这种IGBT技术与器件内部的软恢复发射极控制二极管一起，降低了传导损耗，显着提高了系统效率。

CIPOS Maxi IPM 设计使IM818LCCXKMA1 成为高性能且经济高效的选择，集成了各种电源和控制组件以提高可靠性、优化PCB 尺寸和系统成本。当工程师朋友的设计方案特别注重功率密度时，IM818LCCXKMA1无疑是理想的选择。 CIPOS Maxi IPM设计实现了1200V IPM级别的超小型封装，可以提高模块和系统中的功率密度，并且尺寸和性能兼具。妥协。

IM818LCCXKMA1提供卓越的保护能力，包括过流关断、相电流监控、温度监控和欠压锁定功能。结合DCB基板优异的热性能，特别适合需要良好散热性能和电气隔离以及强EMI的应用。控制能力以及电源应用的过载保护。这里重点讲解过流关断和欠压锁定功能。

IM818LCCXKMA1具有SCSOA（短路安全工作区）性能，如图9所示。如果短路时间小于16.0s，则IGBT有能力安全关断。在这种情况下，IGBT可以在17.5V的控制电源电压下关断大约46.8A（非重复）的峰值SC电流。

图9：IM818LCCXKMA1 的SCSOA 性能（来源：英飞凌）

IM818LCCXKMA1通过掩埋氧化硅层提供坚固耐用的1200V SOI栅极驱动器技术，并防止相邻器件之间的泄漏或闩锁电流，从而防止闩锁效应，从而提高鲁棒性。这种针对6 个开关的保护技术能够在欠压闭锁或过压等故障情况下关闭所有6 个开关。

此外，如图10 所示，IM818LCCXKMA1 集成了IGBT、二极管、栅极驱动器IC 和热敏电阻，并通过超紧凑的占板面积适合空间受限的工业应用。

图10：IM818LCCXKMA1 的PCB 特性（来源：Infineon）

安森美NCD57084 隔离式IGBT 栅极驱动器

NCD57084 是一款高电流单通道IGBT 栅极驱动器，具有2.5kVrms 内部电流隔离，专为高功率应用中的高系统效率和可靠性而设计。该驱动器采用窄体SOIC8 封装，包含具有软关断和故障报告功能的电流感应功能。

NCD57084具有低输出阻抗，可增强IGBT驱动，提供3.3V至20.0V的宽输入偏置电压范围和信号电平，以及高达30.0V的宽输出偏置电压范围，支持+7A/-7A高峰值输出电流。从图12可以看出，该器件传播延迟时间短，可以实现精确匹配。 UVLO 阈值很小，因此具有偏置灵活性。

图12：NCD57084 传播延迟、上升和下降时间（来源：ON Semiconductor）

NCD57084专为在大功率应用中实现高系统效率和可靠性而设计，具有多种保护机制，包括短路时的IGBT栅极钳位、过流时的IGBT软关断、2.5kVrms电流隔离以及高瞬态抗扰度、高电磁抗扰度等，可应用于电机控制、不间断电源（UPS）、工业电源、HVAC、工业泵和风扇等。

Microchip PIC32CM MC00 电机控制MCU

PIC32CM1216MC00048-I/U5B是一款基于Arm Cortex-M0+内核的电机控制微控制器（MCU），运行频率高达48MHz，具有单周期硬件乘法器和MPU，提供128KB闪存、16KB SRAM主存和4KB 闪存（用于数据闪存）。

图14 是该MCU 电源域的概述，它提供48MHz 至96MHz 分数数字锁相环(FDPLL)、加电复位(POR) 和断电检测(BOD) 等功能。此外，它还包括一个16位-模数转换器（SDADC）、两个12位1Msps模数转换器（ADC）、一个10位350ksps数模转换器（ DAC）和两个模拟比较器（AC）等高级模块。

图14：PIC32CM1216MC00048-I/U5B 电源域概述（来源：Microchip）

在电机控制方面，MCU提供2个24位定时器/计数器和1个16位定时器/计数器（TCC）。扩展功能包括：

多达4 个比较通道，具有可选的互补输出；

在端口引脚上生成同步脉宽调制(PWM) 模式；

确定性故障保护、快速衰减以及互补输出之间的可配置死区时间；

可以提高分辨率（高达5 位）并减少量化误差带来的抖动；

多达8 个波形输出通道。

TI 三相栅极驱动器DRV8300NIPWR

DRV8300NIPWR 是100V 三相半桥栅极驱动器。每个半桥栅极驱动器都可以驱动高侧和低侧N 沟道功率MOSFET，使用集成自举二极管和外部电容器为高侧MOSFET 生成正确的栅极驱动。电压。应用领域包括电动自行车、电动滑板车和电动汽车、风扇、泵和伺服驱动器、无刷直流(BLDC) 电机模块和PMSM、无绳吸尘器以及无人机、机器人和遥控玩具等。

在图16 所示的DRV8300NIPWR 简化原理图中，GVDD 用于生成低侧MOSFET 的栅极驱动电压。栅极驱动架构支持高达750mA 的峰值拉电流和高达1.5A 的灌电流；支持反相和同相INLx输入；相位引脚SHx能够承受高达-22V的负瞬态电压； BSTx 和GHx 能够支持更高的正电压瞬变(115V) 绝对最大电压，从而提高系统稳健性；通过GVDD和BST欠压Lockout为低侧和高侧提供欠压保护；对于QFN 封装型号，可通过DT 引脚调节死区时间。

图16：DRV8300NIPWR 的简化原理图（来源：TI）

此外，DRV8300NIPWR较小的传播延迟和延迟匹配性能可以大大降低死区时间要求，进一步提高效率。

ST电机控制器STSPIN32G4

STSPIN32G4是一款采用STM32G4 MCU的电机控制器，用于驱动三相无刷电机。该器件是一款高度集成、灵活的产品，具有嵌入式三个半桥栅极驱动器，具有1A 电流能力（拉电流和灌电流）；嵌入三个自举二极管；具有嵌入式功率MOSFET的嵌入式可编程降压调节器，可以从电机电源电压VM开始生成栅极驱动器的电源电压；配备集成MCU（STM32G431VBx3），工作频率高达170MHz；该MCU还集成了高速存储器（128kB闪存和32kB SRAM），并具有多重保护机制和多达40个引脚可用的GPIO。

因此，该器件显着减少了PCB 面积和总体物料清单。得益于嵌入式灵活的电源管理功能，该器件是自供电的，可以从电机电源电压VM 产生所需的所有电力，这是唯一外部提供的电源。

内置STM32G4 MCU是该电机控制器的一大亮点，显着降低了电机应用的开发难度，并赋予了解决方案智能化能力。该MCU 丰富的特定功能使其成为高级电机控制应用的主流选择。同时，该处理器具有单精度浮点单元（FPU）、全套DSP（数字信号处理）指令和内存保护单元（MPU），支持运行性能优异的电机控制算法，即使在极具挑战性的运动控制中，它也可以在为应用选择适当的控制时提供出色的灵活性。

在保护功能方面，STSPIN32G4受益于集成的互锁功能，并且不能同时驱动同一半桥的高侧和低侧开关。另一个保护功能是硬件VDS 监控电路，可连续监控六个外部MOSFET 中的每一个。当其中一个检测到过压时，它会关闭所有栅极驱动器输出。过压阈值通过专用SCREF 引脚设置。

优异的性能使STSPIN32G4可广泛应用于工业和家庭自动化、伺服驱动器和电动自行车、服务和自动化机器人、泵和风扇、以及无人机和航模等。

该演示板包括STSPIN32G4 系统和STL110N10F7 功率MOSFET。由于集成了稳压器，栅极驱动器和控制逻辑电源都可以由电机电源产生，无需专用电路，从而可以轻松、全面地了解STSPIN32G4 MCU。

丰富的接口资源是EVSPIN32G4演示板的一大优势，该演示板拥有多达40个GPIO。同时，为了更好地适应算法，该板可以配置为三分流或单分流结构，支持无传感器和基于传感器的控制算法。

总结

以上八款电机驱动芯片各有所长。无论是面向产品迭代快速的消费电子领域、使用条件极其复杂的工业领域，还是产品质量要求更为严格的汽车领域，您都可以找到适合的产品。解决方案，帮助快速创建具有市场竞争力的电机驱动解决方案。

审稿编辑：郭婷