電機驅(qū)動器中的集成電流感應(yīng)的優(yōu)勢分析

許多刷式和步進(jìn)電機應(yīng)用必須對電流進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)。對于刷式電機，電流信息可用來確定負(fù)載條件的變化或用來限制啟動和失速電流。對于歩進(jìn)電機，高級別的微歩進(jìn)需要調(diào)節(jié)每一步的電流。

圖1是電流與時間的關(guān)系圖，顯示了刷式直流電機的啟動曲線。在此例中，在電機達(dá)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(diào)節(jié)，同樣的電機峰值可以達(dá)到14安培以上。因此不僅需要過度設(shè)計的電源來支持這一瞬態(tài)，還需要對電機驅(qū)動器進(jìn)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(nèi)部或外部（具體取決于器件）提供的參考電壓進(jìn)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(dá)到1206，。圖2比較了分流器和DRV8870 DC電機驅(qū)動器的大小。圖3顯示了帶集成電流感應(yīng)的DRV8871。在DRV8871中，單個0402電阻器用于設(shè)置限流閾值。如圖3所示，集成電流感應(yīng)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(jīng)處于熱預(yù)算壓力的設(shè)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(yīng)的DRV8871

既然已經(jīng)清晰了解了限流和集成電流感應(yīng)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(qū)動器系列中添加監(jiān)控功能。DRV8873是刷式電機驅(qū)動器系列的最新產(chǎn)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(fù)載條件的變化并相應(yīng)地采取措施。有了這種內(nèi)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(diào)節(jié)電路。

最后，由于步進(jìn)電機傳統(tǒng)上需要兩個外部感應(yīng)電阻器才能將電流返饋給驅(qū)動器，因此我們可以改進(jìn)步進(jìn)電機，使之更好地受益集成電流感應(yīng)的PCB尺寸和BOM優(yōu)勢。圖4對傳統(tǒng)驅(qū)動器PCB占用空間和從內(nèi)部電流感應(yīng)中受益的DRV8886AT進(jìn)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(yīng)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(jìn)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(qū)動器中的集成電流感應(yīng)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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