在電機控制系統(tǒng)設(shè)計中,集成電機驅(qū)動芯片的供電方案直接影響系統(tǒng)穩(wěn)定性、能效與成本。不少工程師在選型與電路設(shè)計時都會面臨核心疑問:集成電機驅(qū)動芯片是否必須額外添加降壓供電?答案并非絕對,需結(jié)合芯片內(nèi)置功能、輸入電壓范圍、負載特性及應(yīng)用場景綜合判斷,不能一概而論。
集成電機驅(qū)動芯片的核心優(yōu)勢在于高集成度,部分高端型號已內(nèi)置完善的電源管理模塊,可直接省去外部降壓電路。這類芯片通常整合了DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器、LDO線性穩(wěn)壓器,能適配寬電壓輸入并輸出精準(zhǔn)電壓。例如普誠PT5139芯片,支持8V~36V寬輸入,內(nèi)置高效DC-DC轉(zhuǎn)換器與LDO,可輸出1.8V、3.3V、5V多路電壓,既能滿足自身驅(qū)動電路需求,還能為MCU、傳感器等外設(shè)供電,轉(zhuǎn)換效率達90%以上,無需額外降壓器件即可穩(wěn)定工作。STSPIN32F0系列芯片更內(nèi)置3.3V DC-DC轉(zhuǎn)換器與12V LDO,分別為MCU和柵極驅(qū)動器供電,僅需搭配少量外圍電容即可實現(xiàn)穩(wěn)定供電。
內(nèi)置電源管理功能的芯片,在滿足電壓匹配條件時,外部降壓供電純屬冗余設(shè)計。這類芯片的電源模塊經(jīng)過廠商優(yōu)化,具備動態(tài)響應(yīng)調(diào)節(jié)與多重保護機制,能應(yīng)對電機啟停、堵轉(zhuǎn)時的電流突變與電壓震蕩。如AH920X芯片內(nèi)置動態(tài)響應(yīng)技術(shù),可在5ms內(nèi)恢復(fù)輸出電壓穩(wěn)定,同時集成過溫、過流、短路保護,比外部搭建降壓電路更可靠,還能節(jié)省PCB空間與BOM成本。對于12V無刷電機等常見場景,若驅(qū)動芯片輸入電壓范圍覆蓋電機工作電壓,直接共用電源即可,無需額外降壓。
但在特定場景下,外部降壓供電仍是必要的補充方案。當(dāng)系統(tǒng)輸入電壓超出芯片額定范圍時,必須通過降壓電路將電壓鉗位在安全區(qū)間。工業(yè)場景中常見的48V高壓系統(tǒng),若選用僅支持12V~24V輸入的驅(qū)動芯片,需借助LMZM23601等高效DC-DC模塊將48V降至24V后供電,避免高壓擊穿芯片內(nèi)部晶體管。即使芯片支持寬電壓輸入,當(dāng)輸入電壓與額定電壓偏差較大時,添加降壓電路也能提升能效,例如24V系統(tǒng)驅(qū)動5V額定芯片,降壓供電可減少線性穩(wěn)壓帶來的功耗損耗,尤其適合電池供電設(shè)備。
負載特性與供電穩(wěn)定性要求,也決定了是否需要額外降壓。電機啟動、堵轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的瞬時大電流會導(dǎo)致電源總線電壓跌落,若芯片內(nèi)置電源模塊帶載能力不足,可能引發(fā)控制電路誤動作。此時搭配外部降壓模塊,可通過獨立供電鏈路隔離電機負載與控制電路,保障MCU、傳感器等外設(shè)電壓穩(wěn)定。在精密控制場景中,外部降壓電路的低紋波特性的優(yōu)勢更明顯,能有效抑制電機運行產(chǎn)生的電磁干擾,提升控制精度。
成本與空間約束同樣影響供電方案選擇。對于消費電子等低成本場景,若芯片已內(nèi)置電源管理功能,優(yōu)先采用內(nèi)置方案,可減少外部降壓芯片、電感、電容等器件,降低BOM成本與PCB占用面積。而工業(yè)控制設(shè)備對穩(wěn)定性要求更高,即使芯片內(nèi)置電源模塊,也可額外添加降壓電路作為冗余設(shè)計,提升系統(tǒng)抗干擾能力與可靠性。電池供電設(shè)備則需權(quán)衡能效,優(yōu)先選擇內(nèi)置高效DC-DC的芯片,若內(nèi)置模塊效率不足,可搭配外部高效降壓芯片延長續(xù)航。
設(shè)計實操中,需遵循“先查手冊,再定方案”的原則。首先核對芯片數(shù)據(jù)手冊,明確輸入電壓范圍、內(nèi)置電源模塊參數(shù)及帶載能力,若內(nèi)置模塊完全匹配系統(tǒng)需求,可省去外部降壓;若輸入電壓不匹配、帶載能力不足或紋波要求嚴苛,則需添加外部降壓電路。同時注意供電鏈路隔離,電機動力回路與控制電路供電盡量分開,避免相互干擾。
綜上,集成電機驅(qū)動芯片無需強制添加降壓供電,核心取決于芯片內(nèi)置功能與實際應(yīng)用需求。內(nèi)置完善電源管理模塊的芯片,在電壓匹配場景下可簡化設(shè)計;高壓系統(tǒng)、精密控制、強干擾環(huán)境等場景,則需通過外部降壓電路保障系統(tǒng)穩(wěn)定。合理的供電方案設(shè)計,需在穩(wěn)定性、能效、成本與空間之間找到最佳平衡,才能充分發(fā)揮集成驅(qū)動芯片的性能優(yōu)勢。





