ประโยชน์ของมอเตอร์ DC แบบไม่มีแปรงถ่าน (BLDC) มีความชัดเจน และมีการใช้ในการใช้งานมากมายภายในรถยนต์และที่อื่นๆ อย่างไรก็ตาม ในขณะที่ทรงพลังกว่า เบากว่า และมีประสิทธิภาพมากกว่า แต่ก็ยังคงมีราคาแพงกว่าและต้องการการควบคุมที่ซับซ้อนกว่ามอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่าน ซึ่งหมายความว่าจะต้องพิจารณาว่ามอเตอร์ประเภทใดเหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานแต่ละประเภทภายในรถยนต์ โดยทั่วไป ยิ่งใช้มอเตอร์น้อยลงในระหว่างการเดินทาง ยิ่งได้ประโยชน์จากการใช้มอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านมากขึ้น
รูปที่ 1: มีการใช้งานมากมายสำหรับมอเตอร์ในรถยนต์สมัยใหม่
ในการใช้งานมอเตอร์จำนวนมาก ไมโครคอนโทรลเลอร์ (MCU) ภายใน ECU จะรับอินพุตควบคุมผ่าน CAN หรือ LIN สัญญาณเหล่านี้จะถูกแปลงเป็นสัญญาณควบคุมมอเตอร์แบบปรับความกว้างพัลส์ (PWM) และใช้เพื่อควบคุมสวิตช์ไฟ (โดยปกติ มอสเฟต อุปกรณ์) ที่ขับเคลื่อนมอเตอร์โดยใช้ตัวขับเกทเพื่อเพิ่มกำลัง MOSFETs ได้รับการกำหนดค่าเป็น H-bridge ที่ช่วยให้มอเตอร์หมุนได้ทั้งสองทิศทางและด้วยสัญญาณ PWM ควบคุมความเร็วของโรเตอร์
ด้วยความต้องการการออกแบบที่กะทัดรัดและเชื่อถือได้ จึงจำเป็นต้องมีวิธีการแบบบูรณาการ การผสานรวม MCU และขั้นตอนก่อนไดรเวอร์เป็นตัวเลือกแม้ว่าซอฟต์แวร์ MCU สำหรับ MCU จะได้รับการทดสอบและรับรองความปลอดภัยแล้ว ดังนั้นความจำเป็นในพอร์ตและรับรองซอฟต์แวร์อีกครั้งจะขัดขวางแนวทางนี้
อีกทางเลือกหนึ่งคือการใช้ไดรเวอร์ควบคุมมอเตอร์ (MCD) ที่รวมไดรเวอร์ล่วงหน้าเข้ากับบริดจ์ H สิ่งนี้ให้การบูรณาการในระดับสูงในขณะที่ปล่อยให้นักออกแบบมีตัวเลือก MCU และซอฟต์แวร์ที่เกี่ยวข้องฟรี
โตชิบาเพิ่งเปิดตัว TB9053FTG และ TB9054FTG โดยต่อยอดมาจากมรดกด้านอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ในช่วงปี 1970 ตัวขับมอเตอร์กระแสตรงแบบสองช่องสัญญาณเหล่านี้ใช้ BiCD ที่ทนทาน เทคโนโลยีผสมผสานคุณสมบัติที่ดีที่สุดของไบโพลาร์, CMOS และ DMOS อุปกรณ์แต่ละชิ้นรวมสวิตช์ DMOS แบบ N-channel สองตัว พรีไดรเวอร์ และคุณสมบัติการวินิจฉัยและการควบคุมหลายประการ ซึ่งช่วยให้ OEM ของยานยนต์สามารถค้นหาสาเหตุของความล้มเหลวในการทำงานได้อย่างรวดเร็ว
อุปกรณ์สามารถทำงานในโหมด SMALL รองรับมอเตอร์คู่ 5 A หรือโหมด LARGE โดยใช้ช่องสัญญาณคู่ขนานสองช่องเพื่อควบคุมมอเตอร์ 10 A กระบวนการ BiCD ของโตชิบามีความต้านทานเส้นทางต่ำเพียง 290 mΩ ซึ่งช่วยลดการสร้างความร้อนและความต้องการในการจัดการความร้อน การผสานรวมตัวเก็บประจุสำหรับปั๊มจ่ายประจุล่วงหน้าช่วยลดจำนวนส่วนประกอบภายนอกและพื้นที่ การออกแบบขั้นสูงอนุญาตให้ใช้รอบการทำงานได้ถึง 100%
 |
| รูปที่ 2: TB905xFTG สามารถส่งได้ถึง 5 A ต่อช่องสัญญาณสำหรับมอเตอร์สองตัวในโหมด SMALL หรือสูงถึง 10 A ในโหมด LARGE สำหรับมอเตอร์ตัวเดียว |
ฮาล์ฟบริดจ์ในตัวสี่ตัวมีอินพุต PWM แต่ละตัวที่สามารถขับเคลื่อนด้วยความเร็วตั้งแต่ 1 kHz ถึง 20 kHz เพื่อการทำงานที่ปลอดภัย การแทรกเวลาตายจะได้รับการจัดการภายในฮาร์ดแวร์ของอุปกรณ์ ในขณะที่พินอื่นๆ รองรับการกำหนดค่าอุปกรณ์และเปิด/ปิด
อินเทอร์เฟซ SPI ในตัวให้ตัวเลือกการกำหนดค่าที่หลากหลายและการเข้าถึงข้อมูลการวินิจฉัย รวมถึงการอนุญาตให้ใช้สายโซ่เดซี่หลายอุปกรณ์เพื่อควบคุมมอเตอร์หลายตัว เกณฑ์กระแสเกินสามารถตั้งค่าได้ระหว่าง 4.6 A ถึง 6.5 A ในโหมด SMALL หรือ 9.2 A และ 13.0 ในโหมด LARGE
ไดรเวอร์มอเตอร์สามารถทำงานได้ผ่าน SPI เพียงอย่างเดียวโดยใช้ออสซิลเลเตอร์ 16 MHz ออนบอร์ดและตัวควบคุม PWM ซึ่งจะช่วยลดจำนวนสัญญาณที่ต้องการจาก MCU เอาต์พุตนาฬิกา MCU เดียวให้ฐานเวลา และหากล้มเหลว ออสซิลเลเตอร์ภายในสามารถให้ความสามารถ 'limp-home'
 |
| รูปที่ 3: การใช้อินเทอร์เฟซ SPI สามารถลดจำนวนหมุด MCU ที่ต้องการได้ |
เนื่องจากมีกระแสมอเตอร์ขนาดใหญ่ การปฏิบัติตามข้อกำหนดความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) จึงเป็นเรื่องที่ท้าทาย ดังนั้น TB905xFTG จึงเสนออัตราการหมุนเหวี่ยงเจ็ดระดับ (1.09 ถึง 26.25 V/µs) เพื่อช่วยเหลือในเรื่องนี้ ความต้านทาน on-resistance ต่ำช่วยลดการสร้างความร้อน ความร้อนที่เกิดขึ้นจะกระจายไปอย่างรวดเร็วผ่านบรรจุภัณฑ์ที่ได้รับการปรับปรุงด้วยความร้อนของ TB9053FTG โดยที่แผ่นระบายความร้อนในตัวมีความต้านทานความร้อนเพียง 0.67°C/W ซึ่งหมายความว่า PCB สามารถให้การระบายความร้อนที่จำเป็นในการออกแบบบางอย่างได้ TB9054FTG อยู่ในแพ็คเกจ VQFN สี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 6 มม. พร้อมพิทช์พิน 0.5 มม. และสีข้างแบบเปียกได้ ทำให้อุปกรณ์ AEC-Q100 นี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบด้วยแสงอัตโนมัติ (AOI) ตามที่อุตสาหกรรมยานยนต์ต้องการ
สรุป
ในขณะที่แอปพลิเคชั่นจำนวนมากใช้ BLDC อยู่ แอปพลิเคชั่นยานยนต์จำนวนมากจะยังคงใช้มอเตอร์ DC แบบมีแปรงถ่านเพื่อความซับซ้อนในการออกแบบและเหตุผลด้านต้นทุน TB905xFTG ของโตชิบาใช้กระบวนการ BiCD ขั้นสูงเพื่อมอบการควบคุมมอเตอร์แบบบูรณาการที่กำหนดค่าได้และมีประสิทธิภาพ อุปกรณ์ดังกล่าวตอบสนองความต้องการด้านคุณภาพยานยนต์และการตรวจสอบที่เข้มงวด ในขณะที่ยังคงรักษา MCU ที่มีอยู่และซอฟต์แวร์ที่ผ่านการรับรองซึ่งใช้งาน