消除電刷、降低噪音：ROHM 的新型電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 IC

典型的有刷直流電機(jī)是一種非常方便但噪音很大的設(shè)備。電刷實(shí)現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)，也稱為“換向”，這樣您只需施加恒定的直流電壓即可使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。但與這些電刷相關(guān)的突然連接和斷開會(huì)導(dǎo)致瞬態(tài)干擾，從而影響連接到電機(jī)的電路（通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)傳導(dǎo)路徑）以及附近的組件（通過(guò) EMI）。
顯而易見的解決方案是消除電刷，這種方法導(dǎo)致了無(wú)刷直流電機(jī)。問(wèn)題是：如何在沒有提供持續(xù)極性反轉(zhuǎn)的電刷的情況下使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)？
總體思路是使用電子設(shè)備而不是機(jī)械設(shè)備進(jìn)行換向。如您所知，電機(jī)通常由全橋電路驅(qū)動(dòng)。它們由四個(gè)晶體管組成，這些晶體管的排列使得直流電壓源提供的電流可以沿任一方向驅(qū)動(dòng)通過(guò)負(fù)載。因此，即使驅(qū)動(dòng)電路的電源始終為正，我們也可以反轉(zhuǎn)電機(jī)磁場(chǎng)的極性：

這里的困難在于您需要知道何時(shí)反轉(zhuǎn)極性。有刷直流電機(jī)內(nèi)部會(huì)自動(dòng)進(jìn)行同步，但如果我們使用電子設(shè)備而不是電刷，則需要某種有關(guān)轉(zhuǎn)子位置的反饋。獲得這種反饋的一種方法是通過(guò)霍爾效應(yīng)傳感器。
控制器+橋+霍爾
ROHM 的BU69090NUX （我們稱之為 6909）被描述為用于筆記本電腦冷卻風(fēng)扇的單相電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，盡管一些有創(chuàng)造力的讀者肯定可以找到其他（也許不太平凡）的應(yīng)用。

霍爾元件實(shí)際上位于 IC 封裝內(nèi)部。因此，您無(wú)法使用 6909 驅(qū)動(dòng)房間另一側(cè)的電機(jī)。當(dāng)我瀏覽數(shù)據(jù)表時(shí)，我沒有看到任何有關(guān) IC 和電機(jī)之間必要的物理關(guān)系的具體信息。

數(shù)據(jù)表確實(shí)提供了這個(gè)磁極性方向圖，但我不知道如何處理它。如果您有任何想法，或者您對(duì)我的無(wú)知感到震驚，請(qǐng)隨時(shí)向下滾動(dòng)并發(fā)表評(píng)論。
6909 是一款單相器件，因?yàn)樗幸粋€(gè)全橋用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)電機(jī)繞組。這與三相無(wú)刷直流電機(jī)形成鮮明對(duì)比，三相無(wú)刷直流電機(jī)具有三個(gè)繞組，因此需要由精心設(shè)計(jì)的換向方案控制的三個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。
霍爾信號(hào)
完成無(wú)刷直流電機(jī)控制不僅僅需要霍爾元件。您可以在框圖中看到霍爾信號(hào)通過(guò)偏移消除塊，然后被數(shù)字化。圖中未明確顯示的另一個(gè)功能是自動(dòng)增益控制(AGC)。
我的理解是，反饋信號(hào)的幅度會(huì)根據(jù)電機(jī)的特性以及電機(jī)與芯片之間的距離而變化，也許會(huì)很大。 AGC 通過(guò)確保 6909 能夠自動(dòng)補(bǔ)償這些不可預(yù)測(cè)的變化，使 6909 變得更加通用和用戶友好。這個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的圖表直觀地傳達(dá)了 AGC 功能：

速度控制
調(diào)整電機(jī)速度在許多應(yīng)用中至關(guān)重要，因此 6909 也包含此功能也就不足為奇了。直流電機(jī)通常由固定電壓源驅(qū)動(dòng)，因此我們無(wú)法通過(guò)改變實(shí)際驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)控制轉(zhuǎn)速。相反，我們通過(guò)脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路的輸出來(lái)改變傳遞到繞組的平均電壓。
6909 的速度控制是通過(guò) PWM 輸入引腳實(shí)現(xiàn)的，該引腳（間接）控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的 PWM 占空比。

輸出信號(hào)的 PWM 特性比輸入信號(hào)的 PWM 特性更為復(fù)雜。下圖非常詳細(xì)地說(shuō)明了 6909 的實(shí)際工作原理：

OUT1/OUT2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的極性隨著檢測(cè)到的磁極性的變化而反轉(zhuǎn)。
FG 輸出信號(hào)可用于通知另一個(gè)組件有關(guān)電機(jī)狀態(tài)的信息。
輸入 PWM 控制輸出 PWM，但頻率不相同，并且輸出 PWM 在轉(zhuǎn)換事件之前和之后發(fā)生變化（這稱為“軟開關(guān)”功能）。