【導讀】許多刷式和步進電機應用必須對電流進行監(jiān)控和調節(jié)。對于刷式電機,電流信息可用來確定負載條件的變化或用來限制啟動和失速電流。對于歩進電機,高級別的微歩進需要調節(jié)每一步的電流。
圖1是電流與時間的關系圖,顯示了刷式直流電機的啟動曲線。在此例中,在電機達到小于1安培的穩(wěn)態(tài)條件前,電流被限定為約2安培。如果沒有電流調節(jié),同樣的電機峰值可以達到14安培以上。因此不僅需要過度設計的電源來支持這一瞬態(tài),還需要對電機驅動器進行額定以可靠地處理峰值電流。
圖1.直流電機電流與時間
傳統(tǒng)上講,可以在接地路徑中使用外接分流電阻器來實現(xiàn)這種電流限制。監(jiān)控這些分流器上的電壓降,并將其與內部或外部(具體取決于器件)提供的參考電壓進行比較。由于滿載電流通過這些分流器,所以電阻器必須是功率電阻器,且在尺寸幾乎與集成電路本身一樣大(尺寸為3.2 mm x1.6 mm)的情況下達到1206,。圖2比較了分流器和DRV8870 DC電機驅動器的大小。圖3顯示了帶集成電流感應的DRV8871。在DRV8871中,單個0402電阻器用于設置限流閾值。如圖3所示,集成電流感應可以節(jié)省電路板和組件。
與功率電阻器相比,低功率信號路徑電阻器需要的電路板空間更小,且降低了物料成本(BOM)。此外,電阻器上無功率損耗,并且在一個很可能已經處于熱預算壓力的設計中又消除一個熱源。
圖2.帶外接分流器的DRV8870
圖3.帶集成電流感應的DRV8871
既然已經清晰了解了限流和集成電流感應的優(yōu)點,我們還可以通過IPROPI引腳在最新的刷式直流電機驅動器系列中添加監(jiān)控功能。DRV8873是刷式電機驅動器系列的最新產品,可提供與流過電橋的電流成比例如的模擬電流輸出。該比例電流通過一個小型電阻器,可以使用外部微控制器監(jiān)測與電流成比例的電壓,以確定負載條件的變化并相應地采取措施。有了這種內部電流監(jiān)控功能,便無需使用外部功率電阻器和如運算放大器一樣的調節(jié)電路。
最后,由于步進電機傳統(tǒng)上需要兩個外部感應電阻器才能將電流返饋給驅動器,因此我們可以改進步進電機,使之更好地受益集成電流感應的PCB尺寸和BOM優(yōu)勢。圖4對傳統(tǒng)驅動器PCB占用空間和從內部電流感應中受益的DRV8886AT進行了比較。
圖4.電路板布局減小
只有在PCB布局過程中才能實現(xiàn)的一個不太明顯的好處,即選擇具有集成感應功能的器件時,可以簡化布局。因此,不再需要繞過大型外部分流組件進行布線,也不需要斷開需要更大的軌跡來承載器件電流的功率、輸出和GND布線。
總之,TI最新系列電機驅動器中的集成電流感應可移除BOM中價格昂貴的功率電阻器,減少電路板尺寸、組件數(shù)量,并簡化PCB布線。
表1.備選器件表
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