电机IC供应商加快集成的步伐

电机IC供应商加快集成的步伐

     随着交流电机、直流电机和步进电机在消费、商业和工业领域的应用数量的增多，产品上市时间已成为一个极为重要的因素。目前，电机IC供应商正试图通过集成来简化系统设计的复杂性，从而帮助客户缩短电机驱动应用系统的开发时间。然而，不论是芯片还是电路板，要做到集成并非一蹴而就，集成的困难迫使最优的软硬件方案经历了漫长的等待才进入市场。
    
     现在，电机IC的集成正沿着两个方向发展。一是由一些具有功率设计经验的公司来实现控制器和功率FET的集成，以解决中等功率的应用问题。对更大功率的应用，他们常把控制器和功率FET集成在一起来驱动外部的MOSFET和IGBT。这些公司大多数在电源方面具有丰富的经验，因而他们常常可以借用在dc/dc转换器中的经验来处理在输出、热损耗、密度和保护等方面的问题。
    
     而许多具有先进的IC设计和功率设计经验的供应商则另一个方向发展。对于他们来说，集成意味着把硬件和编程基础结构组合在一个模块中。从信号控制的角度来看，大约四分之三的应用是向MCU方向发展的；更先进的高速高精度应用占了15%，这部分则采用DSP来处理(现有有许多DSP就是为贴片机和晶圆加工设备的定位控制而设计的)。另外，电源管理也是一个考虑的因素。为增强功能以及能量效率，人们普遍重视对把智能功能加入到硬件和软件中，越来越多的应用也倾向于变速控制而不是传统的开/关式电机操作。
    
     借用其在功率半导体、高压控制IC和电机驱动方面的经验，国际整流器(IR)公司近来推出了智能功率模块产品线Intero，把硬件和软件的统一向前推进了一大步。这个用于配置工业电机和伺服驱动系统的硬件平台可以使客户集中精力进行软件开发。在Intero之上是一个基于DSP的驱动器板，板上装有一个用于可编程驱动控制的串行接口、电机电流传感电路和高压门驱动器。Intero产品线的第一个产品PIIPM50P12B004集成度最高，这个可编程的智能功率模块(PI-IPM)是一个50安培1200伏三相逆变器，可用于驱动15千瓦的工业电机和伺服电机，其核心是TI公司的工作速度为40Mips的TMS320LF2406xA。为控制伺服电机驱动电路的速度回路和位置回路，PI-IPM带有预装的基本软件和一组外围部件。此外，国际整流器公司还计划推出用于桥接制动及桥接制动逆变器的电机驱动模块。
    
     还有一些公司集中在硅芯片的研发，其中许多IC适于定位控制和步进电机应用，并从根本上消除了反馈电路的需要。其中，意法半导体(STMicroelectronics)的L6208 BCD (bipolar-CMOS-DMOS)芯片具有许多值得夸耀的功能，包括PWM电流控制器和产生步进序列的序列产生器；该公司L6206/6209系列的双2.8A全桥步进电机驱动器的功能也已逐渐得到增强。同时，意法半导体的L6258大电流(1.2A)驱动器是一个带有两个用于微步进的4位D/A转换器的四象限PWM电流控制器。另外，L6235是一个三相无刷直流电机驱动器和控制器芯片，它包含一个PWM、驱动逻辑、用于霍尔效应传感器的解码逻辑以及用于过流检测和热保护的电路。
    
     Allegro微系统公司则试图覆盖从直流步进电机到三相电机的产品。现在他们把FET集成在芯片上来处理较低电流应用，并计划在下几个月里扩展到门驱动器来解决大电流应用。该公司IC业务部总监Steve Lutz说：“集成的FET受到热和封装限制。我们已经设计出5A的设备，但是目前，我们把产品的输出电流降低到大约3A。”
    
     Allegro的最新产品包括A3936，这是一个三相控制器和驱动器方案。该产品是为50V、3A无刷直流电机而设计的，可用于过程控制、医疗设备和办公室自动化。这个44引脚PLCC封装的设备的带有PWM电流控制、DMOS(低导通电阻)输出和为提高效率而加入的同步整流功能。该产品还使用了该公司的慢、快和混合延迟的专利电路，可以接收电机转换所需要的三个霍尔传感器输入，并同3V和5V逻辑电压相匹配。
    
     此前，Allegro公司还有一款基于PWM的可编程产品A3948，它带有一个用于直流电机控制的DMOS的H桥(全桥)，在50V电压下可以提供±1.5A的电流，并采用24引脚DIP或SOIC封装。类似地，该公司的A3974带有两个DMOS的H桥，可以独立地驱动两个直流电机，在50V的电压下，每一个桥可以提供±1.5A电流。该芯片还带有一个3线串行控制接口，采用44引脚PLCC封装，并使用该公司的称为ABCD3的BCD技术制造。Allegro公司的另一款产品A3977是一个完整的微步电机驱动器，并带有可以以全、半、1/4和1/8步模式控制电机运行的内置转换器。在35V电压下，它可以提供±2.5A的电流。该芯片由加在步进输入端的单脉冲来驱动，不需要MCU。
    
     飞兆(Fairchild)半导体公司在分立功率IGBT、高压驱动器IC和控制器方面有丰富的经验，其新产品包括已经量产的FAN8731和FAN8732驱动器和多控制器芯片。据说这两款产品具有驱动CD-ROM驱动器的5个电机的能力。在典型应用中，这些芯片可以由DSP来驱动。FAN8731采用44引脚QFP封装，在13.2V电压下可提供达1.2A的电流。
    
     飞兆即将面世的FMS7401是一个8位MCU，可以应用在汽车(发动机节流阀)和家用电器(通风扇)中用于驱动直流电机。在功率谱的另一端是FSAM10SH60灵巧功率模块，它适用于家用电器(如洗衣机)。这个功率模块系列组合了高、低边驱动器和分立IGBT，可用于在230V交流电压下的10至20A的变速应用。
    
     在MCU的能力不断扩展的同时，德州仪器公司(TI)和模拟器件公司(ADI)也不断发展自己的DSP控制器。DSP通常可以简化变速应用的实现，并能提高速度和精度。根据应用场合的不同，它们可以替代传统的MCU所使用的硬件。另外，DSP的集成度也在不断增长。例如，模拟器件公司早前推出的混合信号ADSP-219x系列，在相同的芯片上安放了高性能模拟电路、快闪内存和外围设备。
    
     Microchip技术公司正在开发适合于电机应用的这类集成控制器，该公司的dsPICFxxx系列数字信号控制器的指令速度高达30Mips。Microchip公司在这个系列中规划了8个器件，这些器件带有一个6或8通道PWM模块、一个10位AD转换器、正交编码接口和16位快闪内存(达144Kb)，适于无刷直流电机、感应式电机和磁阻交换电机。