使用Microchip MCC + PIC16F161x CIP快速開發基於單相BLDC電機的風扇

引言

無刷直流（BLDC）風扇由於效率高，成本低，結構簡單，壽命長的特點，被廣泛應用於空氣循環和空氣冷卻的應用中，如PC散熱風扇，汽車座椅通風風扇。

單相BLDC電機風扇的特點：

無刷直流（BLDC）電機是一種正在快速普及的電機類型，在家用電器、汽車、消費品、醫療、工業等行業中有大量應用。

BLDC沒有電刷，使用電子換向。與有刷直流電機和感應電機相比，有以下優點：

更好的轉矩特性，高效率，使用壽命長，結構簡單，轉動噪音低，轉速範圍更高

同時相對的，BLDC控制較複雜，需要較高的芯片資源。

根據BLDC轉子繞組數量的不同，可以分為單相，兩相和三相。其中單相BLDC是汽車座椅通風風扇的主要選擇。此類電機構造製造簡單，驅動方便，成本低廉，壽命長。

快速開發單相BLDC電機風扇應用：

單相BLDC電機通常需要以下系統架構：

由於控制電路功耗較小，一般選擇高輸入電壓的LDO進行供電；電機使用H橋進行驅動；視電機轉速相關的MOS開關頻率選擇柵極驅動；在電機母線上加電流和電壓檢測，防止過流和過壓；使用霍爾器件測量電機轉速和檢測電機換向；根據產品要求外加通信接口和調速接口（PWM或電位器）；MCU需要能夠輸出2對互補PWM，ADC輸入，信號頻率佔空比測量模塊，PID模塊，視產品需求選擇通信接口，通常為LIN或者CAN總線。

單相BLDC控制框圖

單相BLDC電機核心控制原理，使用兩對互補PWM控制電機正反向轉動：

Microchip作為致力於智能、互聯和安全的嵌入式控制解決方案的領先供應商，產品序列中除了MCU/MPU微處理器，還有豐富的模擬/接口/存儲產品，可以滿足客户在不同應用的器件需求。

在單相BLDC電機應用中，電源部分Microchip有MCP1790/1和MCP1792/3系列LDO可供選擇。MCP1790/1Vinmax30V，Iout70mA，適用於12V系統；MCP1792/3Vinmax55V，Iout100mA，適用於24V系統；以上LDO具有高電壓、低壓差、低靜態功耗的優點，工作温度高至150℃，並通過了AEC-Q100標準，適用於汽車應用。

GateDriver柵極驅動部分，Microchip有高邊/低邊/半橋/H橋/三相橋驅動和專用電機驅動。在單相BLDC電機應用中常用的器件為MIC4605半橋驅動。驅動電流為1A，適用於80V電壓以下單相BLDC電機應用，同樣通過了AEC-Q100標準。此外在一些功率比較小的電機應用中，由於電機功率小轉速不高，H橋的功率器件不需要較大驅動電流，可由MCUIO直接驅動，節約成本。

OP運算放大器部分，Microchip有着豐富的運放產品，包括通用運放/零漂移運放/儀表放大器。在電機應用中，Microchip的MCP6001/2系列有着很強的通用性。1MHz的GBWP，4.5mVVosmax，Ib1pA，RailTo

Rail輸入輸出，SC-70/SOT-23的參數讓它適用於很多模擬信號處理應用。在擁有不錯性能的基礎上它的價格同樣不錯，因此得到了大量應用。在電機應用中如果對於電流/電壓採集要求精度不高，同時MCU集成了運放/ADC，也可考慮使用MCU內部模擬外設採集模擬信號。

通信接口部分，Microchip是CAN/LIN收發器市場的頭部半導體廠商，有着齊全的CAN/LIN總線產品。CAN總線部分，有CAN（FD）控制器，CAN（FD）收發器。其中ATA6560/1和MCP2561/2CAN收發器分別適用於12V/24V系統；ATA6563收發器符合功能安全ASILB；MCP2518FDCAN控制器適用於MCU需要外擴CAN口的場合；MCP25625是市場上少見的集成了CAN收發器和控制器SPI轉CAN器件，集成度高，節約空間。LIN總線部分，有獨立LIN收發器、集成LDO/Reset/WDT/LIN收發器，有多個型號可控選擇。其中ATA663454符合功能安全ASILB，適合有相關需求的汽車應用。