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就像每个MOSFET需要一个栅极驱动器来切换它,每个电机后面总是有一个驱动力。驱动电机的方式多种多样,根据复杂性和系统成本、尺寸和性能要求。
最简单和离散的解决方案是由两个晶体管组成的图腾柱/推挽电路。这些晶体管可以是NPN和PNP晶体管的不同组合产生了将输入逻辑信号转换为高电流信号的放大器,反之亦然MOSFET和IGBT。在图1中,连接了发射器,提供放大输出驱动FET。该解决方案已广泛应用于许多不同的应用,包括电机驱动,主要是因为成本低,使用方便,但仍存在一些限制和缺点。
图1:典型的推挽/图腾柱栅极驱动电路
例如,晶体管会发在某些系统中引起热散热问题。或者两个晶体管短时间连接,导致电路直通。PCB图腾柱电路不是空间有限的理想选择,因为它需要多个组件来实现栅极驱动功能。1所示的解决方案需要额外的电平移位电路,以便在使用中只提供5V或者当低压控制器驱动开关时,在输出和输入上实现电压电平。晶体管和电平移位电路增加了图腾柱电路解决方案的材料清单(BOM)所需印刷电路板的数量和数量(PCB)空间。
格栅驱动集成电路(IC)这些问题可以解决。栅极驱动器IC实现与图腾柱电路相同的功能,但有许多额外的好处:
栅极驱动器IC节省空间和资源,因为它将所有组件集成到单个包装中。因此,物理尺寸小,设计更直接,组装更容易。
栅极驱动器IC由于数据表具有所有规格,简化了电路板布局,减少了设计不确定性。
驱动电流不限于输入基极电流和增益,因此驱动能力更强,从而减少开关损耗,提高效率。
欠电压锁定(UVLO)而防直通等保护功能提高了系统的鲁棒性。
虽然图腾柱电路多年来一直是一个成熟的解决方案,但现代和未来的系统需要更高的集成和性能。随着半导体技术的进步,格栅驱动器IC与分立电路相比,成本比,这使得IC解决方案对大多数应用程序更具吸引力和可行性。
TI为几乎所有市场和应用提供广泛的栅极驱动产品组合。TI支持非隔离解决方案的栅极驱动器的电压高达620V,隔离解决方案的电压高达5kV。LM5109B是低于100V电机解决方案的一般解决方案。详情请参见TI网极驱动页。
如果您喜欢集成度更高的解决方案,系统级解决方案不仅提供栅极驱动,而且具有MOSFET、芯片上的通信和不同层次的保护和控制都集成在芯片中。这些解决方案进一步降低了物理尺寸和设计不确定性。TI的DRV8xxx系列用于刷直流、无刷直流和步进电机的一般解决方案。详细信息,请参阅TI电机驱动器页。
所有选项都有其优缺点,需要选择最适合您系统的选项。使用TI提供的各种解决方案开始设计,您会找到正确的解决方案。