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如何通过模拟集成简化车身电机控制器设计,中国机械网,okmao.com
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如何通过模拟集成简化车身电机控制器设计
2021年03月30日    阅读量:399    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

在汽车的舒适性和便利性方面,无论是完美定位的驾驶员座椅还是门,窗和其他车辆部件的顺畅,简单的操作,车身马达都是关键。

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这些应用程序的目的千差万别,但一个共同点是运动。每个系统设计人员都知道,该动作必须平稳,精确且易于驾驶员和乘客接合中国机械网okmao.com。为此,电动机使移动这些机械组件变得毫不费力。


车身电动机系统中使用的电动机是通过字母“ H”中的开关控制的。如图1所示,这种电路配置称为H桥。继电器是在H桥中实现开关的一种方法。但是,当触点接合或分离时,继电器往往会发出喀哒声,并且无法实现精确的电动机位置或速度控制。这就是为什么设计人员越来越倾向于在H桥中使用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关的原因。


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图1:H桥电路配置。

切换至MOSFET


使用MOSFET作为开关可增强对电动机的控制,但在电子控制模块设计中提出了新的技术挑战,包括:

  • 如何抑制来自脉宽调制(PWM)信号的电磁干扰(EMI)。

  • 热管理解决了电流产生的热量。

  • 电流感测以检测故障并确定位置和换向。

  • 断电制动,以防止损坏电子组件。

  • 诊断和保护功能可检测电路连续性故障,例如开路和短路。

因为实施解决这些挑战的电路可能会增加解决方案的规模。本文将介绍可减少车身电机设计复杂性和开发时间的新型集成电路(IC)电机驱动器。这些电机驱动器集成了诸如PWM边沿回转,电流检测和断电制动之类的模拟功能,并采用最先进的模拟IC制造工艺进行开发。这些模拟功能已集成到用于驱动以下内容的电机驱动器中:


  • 有刷直流(BDC)电动机,可使用机械系统进行换向。您会在座椅,屋顶,门和窗户中找到BDC电机。

  • 无刷直流(BLDC)电机,该电机使用电子设备实现换向。BLDC的电动机可以在动力线槽中找到。


使用H桥来减轻EMI


使用PWM信号在H桥中驱动MOSFET会产生EMI。控制模块设计人员使用滤波器,最佳布局和PWM边缘整形来减轻EMI。


用于BDC电机的H桥栅极驱动器产品和用于BLDC电机的三相栅极驱动器产品都集成了智能栅极驱动技术。该技术专门用于控制PWM上升沿和下降沿的形状,并提供了灵活的选择,以减小EMI而不降低MOSFET的热性能。


双半H桥BDC电机栅极驱动器产品可以控制窗户和屋顶电机等负载,而多半H桥非常适合通常具有多个电机的座椅应用。


选择电动机驱动器来冷却热量


电动机的电流流过H桥中的MOSFET。由于MOSFET开关具有电阻,流过这些开关的电流会产生热量。如果不从MOSFET的附近消除产生的热量,则其温度可能会升高,从而开始在其安全工作区域之外工作。


对于高电流负载,栅极驱动器产品使您可以选择使用分立MOSFET实施设计。电子控制模块设计人员可以优化栅极驱动器的布局和布局以及分立的MOSFET,并实现最佳的热管理。对于低负载电流负载,可以使用具有集成H桥MOSFET的器件来驱动负载,同时获得最佳的热性能。MOSFET的集成减小了整体解决方案的尺寸。请注意,带有H桥MOSFET的集成器件具有不同的最大额定电流,并且可以驱动低电流负载,例如反光镜X / Y电机。


在座椅冷却风扇等应用中,使用了低电流三相BLDC电动机。在这种情况下,可以使用带有集成MOSFET的三相BLDC电机驱动器。三相集成电动机驱动器还集成了换向算法。这些集成的BLDC驱动器可以驱动座椅上的通风风扇。


通过电流感应保护系统


测量电动机中流过的电流可用于检测电动机故障,确定电动机位置并执行电动机换向。测量电动机中电流的一种常用方法是在电流流动路径中使用电阻,然后使用放大器放大电阻两端的电压。


BDC和BLDC电机栅极驱动器产品应集成一个电流检测放大器,以放大电阻两端的电压。有些设备甚至提供了一个串联电流检测放大器。也就是说,单个电流检测电阻器可以测量电动机中流过的电流,而与电动机的旋转方向无关。这与电流检测放大器形成对比,后者用于测量H桥的低端,并且不能推断电动机的旋转方向。


串联电流感测的一种常见用途是测量BDC电机纹波。使用模拟电路或软件可以对测得的在线电流进行后处理,以推断出电动机的位置,进而可以控制和调节车窗,车顶,行李箱或座椅的位置。


系统设计人员正在考虑将BLDC电动机用于电动汽车的窗户等应用中,因为BLDC电动机的噪声低,而自动驾驶汽车的座椅底座旋转则具有无刷直流电动机驱动大功率负载的能力。在此类应用中,还需要对电动机进行测量,以监视电动机的故障。BLDC电机驱动器还集成了电流检测放大器,允许设计人员优化其控制模块设计。


防止断电损坏


当汽车熄火,并且移动了已耦合电动机的机械系统时,BDC电动机将成为发电机。例如,考虑一个驾驶员手动关闭电动行李箱,而不是按下按钮。


当驾驶员手动关闭行李箱时,用于移动行李箱的电动机开始旋转。该旋转使电动机用作发电机,从而产生流入控制模块的电流。产生的电流可能会导致连接到控制模块中H桥电源的去耦电容器充电至高压,进而可能不仅损坏去耦电容器,而且还会损坏连接到H桥电源迹线的其他电子组件在控制模块中


针对后备箱控制模块应用的门驱动器集成了断电制动功能,该功能可测量正在产生的电压并将电子制动应用于电动机。此功能可阻止电动机旋转,从而停止产生电流。


集成诊断和保护


BDC和BLDC栅极驱动器应集成诊断电路,以检测电路连续性故障,例如开路和短路。这些电路将防止MOSFET在出现故障时导通,从而保护控制模块免受损坏。


除了集成之外,提供故障模式分布和引脚故障模式分析信息的产品还可以帮助您设计符合国际标准化组织26262汽车功能安全标准的控制模块。


标签:今日头条机械应用技术中心汽车及配件设备与仪器配件与设备 工业设备
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