直流无刷电机驱动器芯片的选型要点与基本原理剖析
直流无刷电机作为典型的机电一体化产品,由电机本体和驱动器两部分构成。其电机转子绕组采用三相星形连接方式,与三相交流电机极为相似。为检测电机转子的极性,电机内部安装了位置传感器。而驱动器的控制器则由功率电子元件和集成电路芯片等组成。那么,在实际应用中,该如何挑选直流无刷电机驱动器芯片呢?下面将详细介绍选型要点,并阐述其基本原理。
直流无刷电机驱动器芯片的选型要点
通用性芯片适用场景
通用性芯片通常应用于 LED 显示器的中低端产品,例如室内单色、双色屏等。最常见的通用性芯片具备 8 位锁存、串并移位寄存器以及三态输出功能。不过,其各路最大输出电流为 35mA 的非恒流电流,这一特性限制了它在一些对电流稳定性要求较高的场景中的应用。
最大输出电流考量
目前,主流的恒流源 LED 驱动芯片最大输出电流大多为每通道 90mA 左右。在自动白平衡状态下,每通道同时输出稳定的恒流电流对于显示器而言至关重要。因为只有各通道电流稳定且一致,才能保证显示器在不同颜色显示时色彩均匀,达到良好的显示效果。所以,在选择芯片时,要关注其最大输出电流能否满足实际应用中自动白平衡的要求。
恒流输出通道数选择
恒流源输出通道有 8 位和 16 位两种规格,当前 16 位规格占据主流地位。16 位通道的主要优势在于能够减小芯片尺寸,这对于 LED 驱动板(PCB)的走线设计十分有利。特别是对于点间距较小的 LED 驱动板,采用 16 位通道的芯片可以使走线更加紧凑、合理,减少信号干扰,提高驱动板的整体性能。
精准电流输出的重要性
精准的电流输出包含两个关键参数,一是同一个芯片通道间电流误差,二是不同芯片间输出电流误差。电流输出的精度对 LED 显示器的显示均匀性有着显著影响。误差越大,显示均匀性就越差,led 透明屏就难以实现自动白平衡,导致显示画面出现色块、亮度不均等问题。目前,主流恒流源芯片的位间电流误差(bit to bit)一般控制在±3%以内,片间电流误差(chip to chip)控制在±6%以内,在选择芯片时应尽量选择误差范围小的产品。
数据移动时钟频率的影响
数据移动时钟决定了显示数据的传输速度,是影响显示器刷新率的重要指标。对于大容量显示器件来说,要保证画面稳定、无扫描闪烁感,显示刷新频率应达到 85Hz 以上。而较高的数据移动时钟频率是实现高刷新率画面的基础。目前,主流恒流源驱动芯片的移动时钟频率通常在 15 - 25MHz 以上,在选择芯片时,应根据显示器对刷新率的要求,选择时钟频率合适的芯片。
直流无刷电机驱动器芯片基本原理
直流无刷电机驱动器芯片内部集成了四个 DMOS 管,它们共同构成一个标准的 H 型驱动器。为上桥臂的两个开关管提供栅压控制电压的是充电泵电路,该电路由一个约 300kHz 的功率元件组成。在引脚 1、11 处可以外接电容器,从而形成第二个充电泵电路。外接电容器的容量越大,向开关管栅极输入电容的充电速度就越快,电压上升所需的时间也就越短,进而能够使输出功率更高。
引脚 2、10 用于连接直流无刷电机的定子。当电机正转时,电流方向应从引脚 2 流向引脚 10;而当电机反转时,电流方向则应从引脚 10 流向引脚 2。电流检测输出引脚 8 可以连接一个对地电阻器,通过该电阻器来检测并输出过电流情况。芯片内部保护电路设定的过电流阈值为 10A,当电流超过该值时,芯片会自动封锁输出,并按照一定规律周期性地自动恢复输出。如果过电流持续时间较长,过热保护功能将启动,关闭所有输出。同时,过热信号还可以通过引脚 9 输出,当芯片结温达到 145 度时,引脚 9 会有输出信号,以提示用户电机或驱动器可能存在过热问题。
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