【应用】750kHz宽频带宽的模拟放大器助力直流无刷电机驱动
由于无感应器无刷直流（BLDC）电动机的设计可以使电器用品的整机效率更高、振动噪音低，在节能方面更是秒杀普通电机。例如目前市场上许多新型的节能洗衣机就采用了BLDC变频电机，效率高达80%，比普通电机提升40%。同时降噪非常明显，可以把噪音降低15%。
对于BLDC变频电机，从近期许多行业的实验测试中得出的真相是：从能效、振动、噪音等方面，BLDC变频电机均优于现有的电机解决方案。
为配套5 V直流电机，设计了一种直流无刷电机驱动器。系统采用单片机作为控制器，微型隔离放大器及电机驱动电路，配以相应的控制软件构成控制系统。
器件选型
系统的微型隔离放大器选用SILICON LABS 推出的一款电位隔离的模拟放大器Si8920。其低电压、差分输入、输出的设计，非常适合电机驱动器和能源逆变这些检测传感器与控制系列隔离的电流检测应用。
在实际典型的电机驱动程序中，Si8920可检测到电机电流通过外部电阻所产生的模拟电压降。电容势垒隔离的输出端则产生差分正比于电机电流的差分输出电压。而且有8.1x和16.2x两种增益可选，方便客户更合理的匹配检测量程和检查ADC的量程。其主要参数及优势特点如下：
• 0.5% 高增益精度
• –50 ppm/°C 低增益漂移
• 0.2mV 输入失调电压
• 60dB 信噪比
• 750kHz 宽频带宽
• 输出 3V 至 5.5V 的宽范围电压
• –40°C 到 +125°C 工作温度范围
• 通过汽车级AEC-Q100认证
• 先进的电容势垒隔离技术
• 全差分隔离放大器
• 75 kV/µs 共模瞬变抑制能力
• 紧凑表贴DIP-8 封装和宽体SOIC16封装可选
• 安全规范认证：
--VDE certification conformity：VDE0884 Part 10
--UL 1577：5000 Vrms/min 双重保护
--CSA：Component Acceptance Notice #5
--CQC certification approval：GB4943.1 -2011
系统整体设计
系统要完成相关的电机控制及检测，必须根据直流电机的PWM原理完成相关电路设计。系统的硬件原理框图如图1所示，主要包括单片机控制电路、光电隔离放大驱动电路等几个部分。
控制信号送入单片机控制模块，通过单片机编程输出PWM控制脉冲。为了提高系统的抗干扰性，保证后端直流电机的正常工作，在单片机控制电路和电机之间采用微型隔离放大器Si8920及其驱动匹配电路构成隔离驱动模块。驱动模块输出信号接入直流电机，驱动其内部逻辑电路产生电机控制信号控制电机。PWM通过改变直流电机电枢上平均电压大小，从而控制电动机的转速，同时单片机采集电机反馈工作信号，实现电机转速状态监测及控制。
图1：控制系统设计框图
上述电路可以参考图2的Si8920典型应用电路。
图2：Si8920典型参考应用电路
可选滤波器参数设计：
Si8920拥有750KHz的通道带宽，所以图2中, R9-C7-R10组成一个截止频率400KHz的低通滤波器。如果需要不同的截止频率设计，可以参考如下表1中C7电容值来调整。如果需要电阻R9/R10一起配合来设计一个特定的频率，必需确保R9 = R10 < 33 Ω。
表1：Si8920典型参考应用电路
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