Texas Instruments MCF8315C/MCF8315C-Q1 FOC三相BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為客戶提供單芯片、無代碼、無傳感器FOC解決方案，驅(qū)動(dòng)速度控制的永磁同步電機(jī) (PMSM) 或12V至24V的無刷直流電機(jī) (BLDC)，驅(qū)動(dòng)峰值電流高達(dá)4A。MCF8315C/MCF8315C-Q1集成了三個(gè)1/2橋，具有40V絕對(duì)最大電壓和250/265mΩ的低R DS(ON) （高側(cè)+低側(cè)FET）。MCF8315C/MCF8315C-Q1集成了電源管理電路，包括電壓可調(diào)降壓穩(wěn)壓器（3.3V/5V、170mA）和LDO (3.3V/20mA)，可用于外部電路供電。

數(shù)據(jù)手冊(cè)：

*附件：MCF8315C數(shù)據(jù)表.pdf

*附件：MCF8315C-Q1數(shù)據(jù)表.pdf

FOC算法配置可存儲(chǔ)在非易失性EEPROM中。此功能允許器件在配置后即可獨(dú)立運(yùn)行。該器件通過變頻方波、PWM輸入、模擬電壓或I^2^C命令接收速度指令。MCF8315C/MCF8315C-Q1集成了諸多保護(hù)特性，保護(hù)器件、系統(tǒng)和電機(jī)免受故障事件的影響。MCF8315C/MCF8315C-Q1采用三種封裝：40引腳7x5mm可潤(rùn)濕側(cè)翼QFN (RGF)、32引腳6x4mm可濕性側(cè)翼QFN (RRY) 和24引腳7.8x6.4mm HTSSOP (PWP)。CF8315C-Q1器件符合汽車應(yīng)用類AEC-Q100認(rèn)證。

特性

• 三相BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，帶集成無傳感器電機(jī)控制算法
  • 無代碼磁場(chǎng)定向控制 (FOC)
  • 離線電機(jī)參數(shù)測(cè)量，采用電機(jī)參數(shù)提取工具 (MPET)
  • 5點(diǎn)可配置速度配置文件支持
  • 通過正向重新同步和反向驅(qū)動(dòng)支持風(fēng)車
  • 基于模擬、PWM、頻率，或I^2^C的速度輸入
  • 可配置的電機(jī)啟動(dòng)和停止選項(xiàng)
  • 防電壓浪涌 (AVS) 保護(hù)
  • 通過自動(dòng)死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償提高聲學(xué)性能
  • 通過DACOUT引腳進(jìn)行變量監(jiān)控
• 4.5 V至35 V工作電壓（絕對(duì)最大值40 V）
• 高輸出電流能力：4 A峰值
• 低MOSFET導(dǎo)通電阻
  • RRY：T J =25°C時(shí)，R DS(ON) (H+L)：250mΩ（典型值）
  • PWP：T J =25°C時(shí)，R DS(ON) (H+L)：265mΩ（典型值）
• 低功耗睡眠模式
  • 5μA（最大值，VVM = 24V、TA = 25°C時(shí)）
• 速度環(huán)路精度：使用內(nèi)部時(shí)鐘為3%，使用外部時(shí)鐘參考為1%
• 客戶可配置的非易失性存儲(chǔ)器 (EEPROM) 用于存儲(chǔ)器件配置
• 支持高達(dá)60kHz PWM頻率，支持低電感電機(jī)
• 無需外部電流檢測(cè)電阻器；采用內(nèi)置電流檢測(cè)
• 內(nèi)置3.3V、20mA LDO穩(wěn)壓器
• 內(nèi)置3.3V/5V、170mA降壓穩(wěn)壓器
• 專用DRVOFF引腳，禁用 (Hi-Z) 輸出
• 擴(kuò)頻和轉(zhuǎn)換率，用于降低EMI
• 整套集成保護(hù)特性
  • 電源欠壓閉鎖 (UVLO)
  • 電源過壓保護(hù) (OVP)
  • 電機(jī)鎖定檢測(cè)（5種不同類型）
  • 過流保護(hù) (OCP)
  • 過熱警告和關(guān)斷 (OTW/TSD)
  • 故障狀態(tài)指示引腳 (nFAULT)
  • 通過I^2^C接口進(jìn)行可選故障診斷

簡(jiǎn)化示意圖

MCF8315C：一款集成無傳感器FOC算法的三相BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器技術(shù)解析

概述

MCF8315C是德州儀器(TI)推出的一款高度集成的三相無刷直流(BLDC)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，采用無傳感器磁場(chǎng)定向控制(FOC)算法，專為12-24V電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，峰值輸出電流可達(dá)4A。該器件集成了功率MOSFET、電流檢測(cè)、電源管理和先進(jìn)保護(hù)功能，提供"代碼免費(fèi)"的電機(jī)控制解決方案，無需外部微控制器即可實(shí)現(xiàn)高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

關(guān)鍵特性

電機(jī)驅(qū)動(dòng)性能

• ?集成功率級(jí)?：內(nèi)置3個(gè)半橋，總RDS(on)低至250mΩ(RRY)/265mΩ(PWP)
• ?寬電壓范圍?：工作電壓4.5-35V(絕對(duì)最大值40V)
• ?多種控制模式?：
  • 速度控制模式(SPEED_LOOP_DIS=0b)
  • 扭矩控制模式(SPEED_LOOP_DIS=1b)
• ?多種輸入接口?：
  • 模擬電壓輸入(SPEED_MODE=00b)
  • PWM輸入(SPEED_MODE=01b)
  • I2C數(shù)字控制(SPEED_MODE=10b)
  • 頻率輸入(SPEED_MODE=11b)

集成電源管理

• 可調(diào)降壓穩(wěn)壓器(3.3V/4V/5V/5.7V, 170mA)
• 3.3V LDO穩(wěn)壓器(20mA)
• 低功耗睡眠模式(典型值5μA @24V)

保護(hù)功能

• 電源欠壓鎖定(UVLO)
• 過壓保護(hù)(OVP)
• 5種電機(jī)鎖定檢測(cè)
• 過流保護(hù)(OCP)
• 熱警告和關(guān)斷(OTW/TSD)
• 故障指示引腳(nFAULT)

功能架構(gòu)詳解

電機(jī)控制算法

MCF8315C采用?無傳感器FOC算法?，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)高效電機(jī)控制：

1. ? 初始狀態(tài)檢測(cè)(ISD) ?：通過BEMF檢測(cè)判斷電機(jī)初始狀態(tài)(靜止、正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn))
2. ?啟動(dòng)序列?：
   • 對(duì)齊啟動(dòng)(Align/Double Align)
   • 初始位置檢測(cè)(IPD)
   • 慢速首周期啟動(dòng)(Slow First Cycle)
3. ?開環(huán)加速?：使用可配置的加速度曲線(A1,A2)將電機(jī)加速至可觀測(cè)速度
4. ?閉環(huán)運(yùn)行?：基于BEMF觀測(cè)器估算轉(zhuǎn)子位置，實(shí)現(xiàn)精確的FOC控制

電機(jī)參數(shù)配置

器件支持?離線電機(jī)參數(shù)測(cè)量?(MPET)，可自動(dòng)測(cè)量：

• 電機(jī)繞組電阻(RPH)
• 電機(jī)繞組電感(LPH)
• 反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)(KtPH_N)
• 機(jī)械負(fù)載慣性和摩擦系數(shù)

用戶也可通過EEPROM手動(dòng)配置這些參數(shù)，支持范圍：

• 電阻：0.006Ω至20Ω
• 電感：0.006mH至20mH
• BEMF常數(shù)：0.6mV/Hz至2000mV/Hz

保護(hù)機(jī)制

MCF8315C提供全面的保護(hù)功能，可通過寄存器配置響應(yīng)方式(鎖存、自動(dòng)重試或僅報(bào)告)：

1. ?電壓相關(guān)保護(hù)?：
   • UVLO(欠壓鎖定)：4.3V(下降)/4.4V(上升)
   • OVP(過壓保護(hù))：可配置22V或34V閾值
2. ?電流相關(guān)保護(hù)?：
   • OCP(過流保護(hù))：5.5-12A(OCP_LVL=0b)或9-18A(OCP_LVL=1b)
   • 硬件鎖存電流限制(HW_LOCK_ILIMIT)
3. ?熱保護(hù)?：
   • OTW(熱警告)：135-155°C
   • TSD(熱關(guān)斷)：165-185°C
4. ?電機(jī)異常檢測(cè)?：
   • 異常速度(ABN_SPEED)
   • 異常BEMF(ABN_BEMF)
   • 無電機(jī)連接(NO_MTR)

典型應(yīng)用設(shè)計(jì)

電源設(shè)計(jì)考慮

1. ?VM電源設(shè)計(jì)?：
   • 推薦輸入電容：0.1μF陶瓷電容+≥10μF bulk電容
   • 電壓額定值≥2倍工作電壓
2. ?降壓穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)?：
   • 電感模式：47μH(最大170mA)或22μH(最大20mA)
   • 電阻模式：22Ω(最大10mA)
   • 輸出電容：22μF X5R/X7R陶瓷電容
3. ?LDO設(shè)計(jì)?：
   • AVDD引腳需接1μF X5R/X7R陶瓷電容

布局指南

1. ?功率回路?：
   • 保持功率地(PGND)與信號(hào)地(AGND/DGND)分離
   • 使用短而寬的走線連接功率元件
2. ?熱設(shè)計(jì)?：
   • RRY封裝：θJA=30.7°C/W
   • PWP封裝：θJA=30.5°C/W
   • 確保足夠散熱以防止熱關(guān)斷

性能優(yōu)化技巧

1. ?PWM頻率選擇?：
   • 通過PWM_FREQ_OUT配置(15-60kHz)
   • 低電感電機(jī)選擇較高頻率以減少電流紋波
2. ?死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償?：
   • 啟用DEADTIME_COMP_EN可改善低速聲學(xué)性能
   • 在>135Hz電頻率時(shí)自動(dòng)禁用
3. ? 主動(dòng)制動(dòng)(Active Braking) ?：
   • 配置ACTIVE_BRAKE_EN=1b實(shí)現(xiàn)快速減速
   • 可防止VM電壓泵升
4. ?速度環(huán)調(diào)諧?：
   • 通過SPD_LOOP_KP/KI調(diào)整響應(yīng)特性
   • 可使用MPET自動(dòng)計(jì)算初始參數(shù)

應(yīng)用場(chǎng)景

MCF8315C非常適合以下應(yīng)用：

• 住宅和生活用風(fēng)扇
• 空氣凈化器和加濕器風(fēng)扇
• 洗衣機(jī)和洗碗機(jī)泵
• 汽車風(fēng)扇和鼓風(fēng)機(jī)
• CPAP機(jī)器