原标题：基于TI MSP430F5232+CSD88599Q5DC+DRV8323R的1KW电动工具方案

這種1千瓦功率級參考設計實現了三相36V直流無刷電效率高達99%(BLDC)電機用於工業應用中使用10芯鋰離子電池供電的電動工具。該設計展示了最小的逆變器功率這個功率級的階段,實現基於傳感器梯形控制並支持25A RMS連續(60-A峰值為2秒,100-A峰值為400毫秒)繞組電流。 微控制器是使用超低功耗MSP430系列中的 MSP430F5232除了滿足省電的要求外更提供64KB記憶體容量讓使用者可任意的附加控制功能或其他指令程式,另採用的MOSFET CSD88599Q5DC功率模塊大幅降低寄生電感和電流控制柵極驅動器DRV8323R可設定驅動能力有助於提升MOSFET開關效能和降低EMI,這樣的組合實為Power tool 驅動器首選。

场景应用图

产品实体图

展示板照片

方案方块图

核心技术优势

1.用于BLDC电机的1 KW驱动器,支持带传感器的梯形波控制方式

2.设计工作电压范围为8至42 V.

3.连续输出电流高达25-ARMS

3.峰值电流能力为60-A,持续2秒,100-A为400毫秒

4.小尺寸,50 mm×36 mm,采用60 V / 400-APEAK,1.7mΩRDS_ON,SON5x6封装半双NMOS

5.100%占空比时效率超过99%

6.36 V / 700 W,18 ARMS无散热器

7.通过监控MOSFET的VDS来检测电机电流达到过流保护功能,无需增加额外的电流侦测保护组件及回路

8.通过VDS检测实现逐周期过流和电机失速电流非锁存限制和短路锁存达到全方位的过流保护

9.半桥短路,欠电压,过热和转子堵死保护机制

10.单一PWM速度控制

方案规格

MSP430

1.低工作电压范围:3.6 V至1.8 V

2.超低功耗

3.从待机模式唤醒时间3.5μs(典型值)

4.16位RISC架构,可扩展内存,高达25 MHz的工作频率

5.灵活的电源管理系统

MOSFET

1.MOSFET击穿电压(BVdss)= 60V

2.栅极额定电压(Vgs)= + 20V / -20V

3.内阻@ 10V = 1.7mΩ

4.最大RMS工作电流:40A

DRV8323

1.6V至60V工作电压范围(最大65V)

2.600mA 0.8-60V可调节交换式降压稳压器

3.最大至1A栅极输出驱动能力和2A栅极输入下拉能力

4.6x,3x,1x和独立PWM控制模式

5.6x6 mm QFN封装,40引脚,0.5 mm引脚间距

6.低功耗睡眠模式 - 20uA

7.30mA 3.3V LDO

技术文档

【MSP430F5232】

MSP430F524x、MSP430F523x 混合信号微控制器

描述

TI MSP 系列超低功耗微控制器种类繁多,各成员器件配备不同的外设集以满足各类应用的 需求。此架构与多种低功耗模式配合使用,是延长便携式测量应用电池寿命的最优 选择。该器件 具有 一个强大的 16 位 RISC CPU,使用 16 位寄存器以及常数发生器,以便获得最高编码效率。此数控振荡器 (DCO) 可使器件在 3.5µs(典型值)内从低功率模式唤醒至激活模式。

MSP430F524x 系列属于微控制器,配有四个 16 位定时器、一个高性能 10 位 ADC、两个 USCI、一个硬件乘法器、DMA、一个比较器以及一个具有报警功能的 RTC 模块。

MSP430F523x 系列微控制器包含 MSP430F524x 系列除 ADC 以外的所有外设。

有关完整的模块说明,请参阅《MSP430F5xx 和 MSP430F6xx 系列用户指南》。

特性

低电源电压范围:

3.6V 到 1.8V

超低功耗

激活模式 (AM):

所有系统时钟激活

在 8MHz,3.0V,闪存程序执行时为 290µA/MHz(典型值)

在 8MHz,3.0V,RAM 程序执行时为 150µA/MHz(典型值)

待机模式 (LPM3):

带有晶振的实时时钟 (RTC),看门狗和电源监视器可用,完全 RAM 保持,快速唤醒:

2.2V 时为 1.9µA,3.0V 时为 2.1µA(典型值)

低功耗振荡器 (VLO),通用计数器,看门狗和电源监视器可用,完全 RAM 保持,快速唤醒:

3.0V 时为 1.4µA(典型值)

关闭模式 (LPM4):

完全 RAM 保持,电源监视器可用,快速唤醒:

3.0V 时为 1.1µA(典型值)

关断模式 (LPM4.5):

3.0V 时为 0.18µA(典型值)

在 3.5µs(典型值)内从待机模式唤醒

16 位精简指令集计算机 (RISC) 架构,扩展内存,高达 25MHz 的系统时钟

灵活的电源管理系统

内置可编程的低压降稳压器 (LDO)

电源电压监控、监视、和临时限电

统一时钟系统

针对频率稳定的锁相环 (FLL) 控制环路

低功耗低频内部时钟源 (VLO)

低频修整内部基准源 (REFO)

32kHz 手表晶振 (XT1)

高达 32MHz 的高频晶振 (XT2)

具有 5 个捕捉/比较寄存器的 16 位定时器 TA0,Timer_A

具有 3 个捕捉/比较寄存器的 16 位定时器 TA1,Timer_A

具有 3 个捕捉/比较寄存器的 16 位定时器 TA2,Timer_A

具有 7 个捕捉/比较影子寄存器的 16 位定时器 TB0,Timer_B

两个通用串行通信接口 (USCI)

USCI_A0 和 USCI_A1 均支持:

具有自动波特率检测功能的增强型通用异步收发器 (UART)

IrDA 编码和解码

同步串行外设接口 (SPI)

USCI_B0 和 USCI_B1 每个都支持:

I2C

同步串行外设接口 (SPI)

带内部基准、采样与保持功能的 10 位模数转换器 (ADC)

比较器

硬件乘法器支持 32 位运算

串行板上编程,无需外部编程电压

3 通道内部 DMA

具有 RTC 特性的基本计时器

器件比较 汇总了系列产品成员

【CSD88599Q5DC】

60V 半桥 NexFET 电源块

描述

CSD88599Q5DC 60V 电源块是用于高电流电机控制应用的经优化设计,这些 应用包括手持无线园艺和电动工具等。该器件利用 TI 的堆叠裸片技术,以最大限度地减小寄生电感,同时在节省空间的热增强型 DualCool™5mm × 6mm 封装中提供完整的半桥。利用外露的金属顶部,该电源块器件允许简单散热应用将热量从封装顶部吸收并将其从 PCB 带走,从而在许多电机控制应用所要求的较高电流下,实现出色的热 性能。

特性

半桥电源块

高密度 5mm × 6mm SON 封装

低 RDS(ON),可实现最小的传导损耗

电流为 30A 时,PLoss 为 3.0W

DualCool™热增强型封装

超低电感封装

符合 RoHS 标准

无卤素

无铅引脚镀层

【DRV8323R】

具有降压稳压器和三个分流放大器的 60V 三相智能栅极驱动器

描述

DRV832x 系列器件是适用于三相 应用的集成式栅极驱动器。这些器件具有三个半桥栅极驱动器,每个驱动器都能够驱动高侧和低侧 N 沟道功率 MOSFET。DRV832x 使用集成电荷泵为高侧 MOSFET 生成合适的栅极驱动电压,并使用线性稳压器为低侧 MOSFET 生成合适的栅极驱动电压。此智能栅极驱动架构支持高达 1A 的峰值栅极驱动拉电流和 2A 的峰值栅极驱动灌电流。DRV832x 可由单个电源供电,并支持适用于栅极驱动器的 6V 至 60V,以及适用于可选降压稳压器的 4V 至 60V 宽输入电源范围。

6x、3x、1x 和独立输入 PWM 模式可简化与控制器电路的连接。栅极驱动器和器件的配置设置具有高度可配置性,可通过 SPI 或硬件 (H/W) 接口实现。DRV8323 和 DRV8323R 器件集成了三个低侧电流检测放大器,可在驱动级的全部三个相位上进行双向电流检测。DRV8320R 和 DRV8323R 器件集成了一个 600mA 降压稳压器。

提供了低功耗睡眠模式,以通过关断大部分的内部电路实现较低的静态电流消耗。针对欠压锁定、电荷泵故障、MOSFET 过流、MOSFET 短路、栅极驱动器故障和过热等情况,提供内部保护功能。故障状况及故障详情可通过 SPI 器件型号的器件寄存器显示在 nFAULT 引脚上。

特性

三个半桥栅极驱动器

可驱动 3 个高侧和 3 个低侧 N 沟道 MOSFET (NMOS)

智能栅极驱动架构

可调转换率控制

10mA 至 1A 峰值拉电流

20mA 至 2A 峰值灌电流

集成栅极驱动器电源

支持 100% PWM 占空比

高侧电荷泵

低侧线性稳压器

6V 至 60V 工作电压范围

可选集成式降压稳压器

LMR16006X SIMPLE SWITCHER®

4V 至 60V 工作电压范围

0.8V 至 60V、600mA 输出能力

三个可选集成式电流检测放大器 (CSA)

可调增益(5、10、20、40 V/V)

双向或单向支持

提供有 SPI 和硬件接口

6x、3x、1x 和独立的 PWM 模式

支持 1.8V、3.3V 和 5V 逻辑输入

低功耗睡眠模式 (12µA)

3.3V、30mA 线性稳压器

紧凑型 QFN 封装和尺寸

采用电源块的高效系统设计

集成式保护 特性

VM 欠压闭锁 (UVLO)

电荷泵欠压 (CPUV)

MOSFET 过流保护 (OCP)

栅极驱动器故障 (GDF)

热警告和热关断 (OTW/OTSD)

故障状态指示器 (nFAULT)