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Texas Instruments

Treiber-ICs für Elektromotoren

25. September 2012, 10:33 Uhr | Iris Stroh

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Bürstenlose Gleichstrommotoren und PMSM-Motoren

Für diese Motortypen stehen bei TI Treiberbausteine mit integrierten MOSFETs für Spannungen zwischen 8 und 60 V und Strömen bis zu 13 A zur Verfügung. Des Weiteren bietet das Unternehmen auch Gate-Treiber-Bausteine, die externe MOSFETs mit mehr als 60 A unterstützen können. Die Bausteine sind teilweise mit Strommessverstärkern und Spannungsreglern ausgestattet und ermöglichen eine Ansteuerung über PWM-Signale. In diese Kategorie fällt auch der DRV8301 zur Ansteuerung von drei Halbbrücken, wovon jede aus zwei N-Kanal-MOSFETs (einer für High Side und einer für Low Side) bestehen kann. Der Baustein kann mit einer einzigen Versorgungsspannung zwischen 8 und 60 V arbeiten und stellt einen Gate-Treiberstrom von 1,7 A an der Quelle und 2,3 A an der Senke zur Verfügung. Die Totzeit und die Strom-Anstiegsrate sind einstellbar. Mit Hilfe der integrierten Ladungspumpe ist es möglich, die High Side MOSFETs konstant einzuschalten. Die Gate-Treiber nutzen ein automatisches Hand-Shake-Verfahren, wenn der High-Side- oder Low-Side-FET schaltet, um Durchschüsse zu verhindern. Die Vds-Spannung der FETs wird gemessen, um die externe Leistungsstufe vor Überstrom und Kurzschluss zu schützen.

Des Weiteren ist der DRV8301 mit zwei Strommessverstärkern für eine genaue Strommessung ausgestattet. Die Verstärker unterstützen eine bidirektionale Strommessung und ermöglichen ein einstellbares Ausgangs-Offset von bis zu 3 V. Darüber hinaus ist auch die Verstärkung (10, 20, 40 oder 80) wählbar. Neben den Strommessverstärkern ist auch ein Abwärtsschaltregler integriert, bei dem die Schaltfrequenz und der Output einstellbar sind. Der Abwärtsregler mit einem RDSon von 200 mΩ kann eine Last von bis zu 1,5 A (3,5 bis 60 V) treiben, um aus der Zwischenkreisspannung beispielsweise die Versorgungsspannung für den Mikrocontroller abzuleiten. Über die integrierte SPI-Schnittstelle können Fehlermeldungen abgerufen und die Parameter programmiert werden. Auch in diesem Fall hat TI seine Bausteine gegen Überströme, Unterspannungen und Durchschuss abgesichert. Stangl fasst zusammen: »Der DRV8301 zeichnet sich durch ein hohes Maß an Integration aus. Trotzdem bleiben alle kritischen Parameter, wie z.B. PWM-Totzeit oder Strom-Anstiegsrate, konfigurierbar.«

Für die Bausteine steht ein Hochstrom-Evaluierungs-Kit (DRV8301-HC-C2-KIT) zur Verfügung. Es umfasst neben dem Motortreiber auch ein controlCARD-Steuerungsmodul mit dem 32-Bit-C2000-Piccolo-Controller, eine grafische Schnellstart-Benutzeroberfläche (GUI), den vollständigen Quellcode für die Entwicklung und die integrierte Entwicklungsumgebung Code Composer Studio. Für das DRV8301-HC-C2-KIT sind verschiedene GUIs und Referenzprojekte erhältlich, die auch die sensorlose trapezförmige Kommutierungssteuerung und die sensorlose feldorientierte Regelung (FOC) umfassen. Das controlCARD-Steuerungsmodul mit der 32-Bit-C2000 Piccolo-MCU, das im Lieferumfang des DRV8301-Evaluierungskit enthalten ist, verfügt über die neue sensorlose Motorsteuerungs-Lösung InstaSPIN-BLDC von TI, ein auf elektrischer Gegen-EMK basierendes Verfahren, das es Entwicklern ermöglicht, Elektromotoren in Sekunden in Betrieb zu nehmen, ohne die Motorparameter zu kennen.