BLDC(브러시리스 DC) 모터의 이점은 분명하며 차량 및 기타 여러 분야에서 사용됩니다. 그러나 더 강력하고 더 가벼우며 더 효율적이지만 여전히 더 비싸고 브러시 DC 모터보다 더 복잡한 제어가 필요합니다. 이는 차량 내 각 애플리케이션에 가장 적합한 모터 유형을 고려해야 함을 의미합니다. 일반적으로 여행 중에 모터를 덜 사용할수록 브러시 DC 모터를 사용하는 이점이 더 커집니다.
그림 1: 현대 자동차의 모터에는 많은 응용 분야가 있습니다.
많은 모터 애플리케이션에서 ECU 내의 마이크로컨트롤러(MCU)는 CAN 또는 LIN을 통해 제어 입력을 수신합니다. 이 신호는 펄스 폭 변조(PWM) 모터 제어 신호로 변환되고 전원 스위치(일반적으로 MOSFET 장치) 게이트 드라이버를 사용하여 모터를 구동하여 전력을 증가시킵니다. MOSFET은 모터가 양방향으로 회전하고 PWM 신호로 로터의 속도를 제어할 수 있도록 하는 H-브리지로 구성됩니다.
컴팩트하고 안정적인 설계가 필요하기 때문에 통합 접근 방식이 필요합니다. MCU용 MCU 소프트웨어가 테스트되고 안전 승인을 받았지만 MCU와 사전 드라이버 단계의 통합은 옵션이므로 소프트웨어를 이식하고 재인증해야 하므로 이 접근 방식을 배제합니다.
대안은 프리 드라이버를 H 브리지와 통합하는 모터 제어 드라이버(MCD)를 사용하는 것입니다. 이는 설계자가 MCU 및 관련 소프트웨어를 자유롭게 선택할 수 있도록 하는 동시에 높은 수준의 통합을 제공합니다.
Toshiba가 최근 출시한 TB9053FTG 및 TB9054FTG는 1970년대 자동차 전자 장치의 유산을 바탕으로 제작되었습니다. 이 이중 채널 DC 모터 드라이버는 견고한 BiCD를 사용합니다. technology, 바이폴라, CMOS 및 DMOS의 최고의 기능을 결합합니다. 각 장치에는 N채널 DMOS 스위치의 H 브리지 XNUMX개, 프리드라이버, 자동차 OEM이 기능 오류의 원인을 신속하게 찾을 수 있는 여러 가지 진단 및 제어 기능이 통합되어 있습니다.
장치는 5A 모터 쌍을 지원하는 SMALL 모드 또는 10A 모터를 제어하기 위해 두 개의 병렬 채널을 사용하는 LARGE 모드에서 작동할 수 있습니다. Toshiba의 BiCD 프로세스는 290mΩ에 불과한 낮은 경로 저항을 제공하여 열 발생 및 열 관리 요구 사항을 최소화합니다. 프리 드라이버 차지 펌프용 커패시터를 통합하면 외부 부품 수와 공간이 더욱 줄어듭니다. 고급 설계를 통해 최대 100%의 듀티 사이클을 사용할 수 있습니다.
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| 그림 2: TB905xFTG는 SMALL 모드에서 5개의 모터에 대해 채널당 최대 10A를 제공하거나 단일 모터에 대해 LARGE 모드에서 최대 XNUMXA를 제공할 수 있습니다. |
1개의 통합 하프 브리지에는 20kHz ~ XNUMXkHz의 속도로 구동할 수 있는 개별 PWM 입력이 있습니다. 안전한 작동을 위해 데드타임 삽입은 장치 하드웨어 내에서 처리되는 반면 다른 핀은 장치 구성을 지원하고 활성화/비활성화합니다.
내장된 SPI 인터페이스는 여러 구성 옵션과 진단 데이터에 대한 액세스를 제공할 뿐만 아니라 여러 모터를 제어하기 위한 다중 장치 데이지 체인을 허용합니다. 과전류 임계값은 SMALL 모드에서 4.6A ~ 6.5A 또는 LARGE 모드에서 9.2A ~ 13.0A 사이에서 설정할 수 있습니다.
모터 드라이버는 온보드 16MHz 발진기 및 PWM 컨트롤러를 사용하는 SPI를 통해서만 작동할 수 있으므로 MCU에 필요한 신호 수를 줄일 수 있습니다. 단일 MCU 클록 출력은 시간 기반을 제공하며 이것이 실패할 경우 내부 발진기가 '림프 홈' 기능을 제공할 수 있습니다.
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| 그림 3: SPI 인터페이스를 사용하면 필요한 MCU 핀 수를 줄일 수 있습니다. |
큰 모터 전류가 존재하기 때문에 전자기 호환성(EMC) 요구 사항을 충족하는 것이 어렵기 때문에 TB905xFTG는 이를 지원하기 위해 1.09개의 슬루율(26.25 ~ 9053V/µs)을 제공합니다. 낮은 온 저항은 발열을 최소화합니다. 생성된 모든 열은 통합 방열판이 0.67°C/W의 열 저항을 달성하는 TB9054FTG의 열 강화 패키징을 통해 빠르게 소산됩니다. 이는 PCB가 특정 설계에서 필요한 방열판을 제공할 수 있음을 의미합니다. TB6FTG는 0.5mm 핀 피치와 젖음성 측면이 있는 100mm 정사각형 VQFN 패키지로 제공되므로 이 AEC-QXNUMX 장치는 자동차 산업에서 선호하는 자동 광학 검사(AOI)에 이상적입니다.
요약
많은 애플리케이션이 현재 BLDC를 사용하지만 많은 자동차 애플리케이션은 설계 복잡성과 비용상의 이유로 브러시 DC 모터를 계속 사용할 것입니다. Toshiba의 TB905xFTG는 고급 BiCD 프로세스를 사용하여 구성 가능하고 효율적인 고도로 통합된 모터 제어를 제공합니다. 이 장치는 기존 MCU와 이들이 실행하는 인증된 소프트웨어를 유지하면서 엄격한 자동차 품질 및 검사 요구 사항을 충족합니다.