Texas Instruments MCF8315C/MCF8315C-Q1 FOC三相BLDC 電機驅(qū)動器為客戶提供單芯片、無代碼、無傳感器FOC解決方案，驅(qū)動速度控制的永磁同步電機 (PMSM) 或12V至24V的無刷直流電機 (BLDC)，驅(qū)動峰值電流高達4A。MCF8315C/MCF8315C-Q1集成了三個1/2橋，具有40V絕對最大電壓和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：

FOC算法配置可存儲在非易失性EEPROM中。此功能允許器件在配置后即可獨立運行。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集成了諸多保護特性，保護器件、系統(tǒng)和電機免受故障事件的影響。MCF8315C/MCF8315C-Q1采用三種封裝：40引腳7x5mm可潤濕側(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電機驅(qū)動器，帶集成無傳感器電機控制算法
- 無代碼磁場定向控制 (FOC)
- 離線電機參數(shù)測量，采用電機參數(shù)提取工具 (MPET)
- 5點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
- 可配置的電機啟動和停止選項
- 防電壓浪涌 (AVS) 保護
- 通過自動死區(qū)時間補償提高聲學(xué)性能
- 通過DACOUT引腳進行變量監(jiān)控
4.5 V至35 V工作電壓（絕對最大值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，R ~~DS(ON)~~ (H+L)：250mΩ（典型值）
- PWP：T J =25°C時，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）
速度環(huán)路精度：使用內(nèi)部時鐘為3%，使用外部時鐘參考為1%
客戶可配置的非易失性存儲器 (EEPROM) 用于存儲器件配置
支持高達60kHz PWM頻率，支持低電感電機
無需外部電流檢測電阻器；采用內(nèi)置電流檢測
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
擴頻和轉(zhuǎn)換率，用于降低EMI
整套集成保護特性
- 電源欠壓閉鎖 (UVLO)
- 電源過壓保護 (OVP)
- 電機鎖定檢測（5種不同類型）
- 過流保護 (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接口進行可選故障診斷

簡化示意圖

MCF8315C：一款集成無傳感器FOC算法的三相BLDC電機驅(qū)動器技術(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)電機驅(qū)動器，采用無傳感器磁場定向控制(FOC)算法，專為12-24V電機系統(tǒng)設(shè)計，峰值輸出電流可達4A。該器件集成了功率MOSFET、電流檢測、電源管理和先進保護功能，提供"代碼免費"的電機控制解決方案，無需外部微控制器即可實現(xiàn)高性能電機驅(qū)動。

關(guān)鍵特性

電機驅(qū)動性能

?集成功率級?：內(nèi)置3個半橋，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)

保護功能

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

功能架構(gòu)詳解

電機控制算法

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

? 初始狀態(tài)檢測(ISD) ?：通過BEMF檢測判斷電機初始狀態(tài)(靜止、正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn))
?啟動序列?：
- 對齊啟動(Align/Double Align)
- 初始位置檢測(IPD)
- 慢速首周期啟動(Slow First Cycle)
?開環(huán)加速?：使用可配置的加速度曲線(A1,A2)將電機加速至可觀測速度
?閉環(huán)運行?：基于BEMF觀測器估算轉(zhuǎn)子位置，實現(xiàn)精確的FOC控制

電機參數(shù)配置

器件支持?離線電機參數(shù)測量?(MPET)，可自動測量：

電機繞組電阻(RPH)
電機繞組電感(LPH)
反電動勢常數(shù)(KtPH_N)
機械負載慣性和摩擦系數(shù)

用戶也可通過EEPROM手動配置這些參數(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

保護機制

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

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

典型應(yīng)用設(shè)計

電源設(shè)計考慮

?VM電源設(shè)計?：
- 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
?降壓穩(wěn)壓器設(shè)計?：
- 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
?LDO設(shè)計?：
- AVDD引腳需接1μF X5R/X7R陶瓷電容

布局指南

?功率回路?：
- 保持功率地(PGND)與信號地(AGND/DGND)分離
- 使用短而寬的走線連接功率元件
?熱設(shè)計?：
- 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

?PWM頻率選擇?：
- 通過PWM_FREQ_OUT配置(15-60kHz)
- 低電感電機選擇較高頻率以減少電流紋波
?死區(qū)時間補償?：
- 啟用DEADTIME_COMP_EN可改善低速聲學(xué)性能
- 在>135Hz電頻率時自動禁用
? 主動制動(Active Braking) ?：
- 配置ACTIVE_BRAKE_EN=1b實現(xiàn)快速減速
- 可防止VM電壓泵升
?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自動計算初始參數(shù)

應(yīng)用場景

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
洗衣機和洗碗機泵
汽車風(fēng)扇和鼓風(fēng)機
CPAP機器

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