整合式馬達驅動器結合了驅動馬達所需要的一切，如場效應電晶體(FETs)、閘極驅動器(Gate Drivers)和狀態機(State Machines)，如圖1所示。藉由整合可防止從電子控制單位(ECU)配置長線路至馬達，並具備更小的印刷電路板(PCB)尺寸和總體系統成本等額外優勢。
BLDC馬達在汽車應用中的優勢包括效率、緊密的體積、更長的馬達與電池壽命、更安靜的駕駛體驗以及更佳的電磁干擾(EMI)性能。
此篇智慧整合式馬達驅動器文章中，將描述BLDC馬達的不同性能要求以及半導體業者如何於整合式馬達驅動器實現「智慧化」。第一部分將詳細介紹用於汽車應用的BLDC系統中的EMI管理。
提高EMI性能 高頻雜訊有效降低
BLDC馬達在10~100kHz範圍內的高開關頻率下驅動。在此高頻率下，由於高dv/dt和寄生電感共存將會於開關節點上產生高頻振鈴，此振鈴可能會產生高頻雜訊而干擾汽車中其他零組件。
如圖2和圖3所示，調整外加電壓(Applied Voltage)上升斜率(Slew Rates)有助於減少振鈴所引起的干擾。在離散式系統中，調整閘極驅動電阻將會修正電壓上升斜率，必須手動更改電阻值，並根據測試結果選擇最佳值。手動更換電阻器的過程極其繁瑣且需要PCB多次反覆運算，進而增加總尺寸和複雜性。
針對像德州儀器(TI)旗下的DRV10983-Q1整合式驅動器，閘極電阻不可存取而且無法更改。不過，這並非是一件壞事，例如，DRV10983-Q1中整合了上升斜率控制，可以透過更改暫存器值，輕易地調整上升斜率，進一步加速EMI測試模組的整體運行。
提高EMI性能的其中一種方法是改變脈衝寬度調變(PWM)開關頻率。PWM開關頻率對振鈴有一定的影響。若是整合式驅動器，可透過配置暫存器來更改此PWM頻率；此外，另一種降低EMI的常用技術是使主時鐘有頻率的振動(Ditering)，藉由在頻譜上擴展振動來降低峰值頻率的振幅。
透過使用具有完全整合功能(如上升斜率控制、可變PWM開關頻率與振動)的馬達驅動，可減少外部濾波零組件的數量。如此不僅節省了系統成本、電路板空間，最重要的是，更節省了解決干擾來源所需的時間以及重新設計電路板的精力。
後文將討論啟動可靠度、初始位置偵測、反電壓突波(Anti Voltage Surge)、馬達在相反或相同方向旋轉時的重新同步、正弦波整流(Sinusoidal Commutation)以及其他使馬達驅動器智慧化的更多整合功能。
馬達啟動開迴路加速
前一部分討論了電磁干擾(EMI)管理以及使用整合式解決方案減少電磁輻射的各種方法。接下來，將探討在無感測器(Sensorless)模式下驅動BLDC馬達的馬達啟動技術。
以反電動勢(Back Electromotive Force, BEMF)為基礎而預估的進階無感測器演算法，需要最小的BEMF值來精確估計轉子位置，以便在180度正弦模式下驅動BLDC馬達。為取得最小的BEMF值，馬達最初透過開迴路(Open Loop)階段驅動，直到達到最小速度，再使用預估的BEMF在閉迴路(Closed Loop)中進行整流(Commutation)。馬達啟動分為兩個階段：第一階段時馬達處於靜止狀態；第二階段是指當在無BEMF資訊時它開始加速，如圖4所示。
在開迴路期間，馬達在無任何關於轉子位置資訊的情況下驅動。在此開迴路整流階段，也稱作盲整流(Blind Commutation)，非常重要，因為它與系統可靠性直接相關。若未正確配置盲整流，則馬達將啟動，失去同步並失速。
最重要的是，在開迴路狀態期間，驅動器可將馬達加速到足以進行精確的BEMF估計的速度。它也能夠在此開迴路狀態期間支援負載。在達到切換速度(Hand-off Speed)後，驅動器將會從開迴路切換到閉迴路狀態。該切換速度將依據馬達轉矩常數(Kt)而變化，亦即具有較高轉矩常數的馬達需要較低的切換速度，反之亦然(圖4)。
因此，驅動器應能夠提供可變速度曲線以支援開迴路加速，以及支援各種負載與可調式切換速度的可調式電流。對整合式驅動器而言，可透過配置電子式可抹除程式化唯讀記憶體(Electrically Erasable Programmable ROM, EEPROM)暫存器來實現盲啟動(Blind Startup)。
係數A1和A2定義為加速度，Op2ClsThr為切換速度，也稱為開迴路-閉迴路臨界值。請參考公式1：
公式1
如公式1所示，二級加速度的其中一個優點是，它能夠驅動馬達並使其符合機械負載曲線(圖5)。它也同時支援緩衝啟動，這代表馬達將以較慢速度啟動，並隨著速度的增加逐漸提升加速度。此功能適用於慣性負載較高的馬達。
整合式驅動器不僅能夠使用盲整流啟動馬達，它還能透過緩衝開迴路加速的方式平穩地啟動馬達。這些功能有助於轉動各種負載的馬達。下一部分將探討啟動處於靜止位置馬達的不同技術。
從靜止位置啟動馬達
在啟動開迴路盲整流之前，驅動器必須與轉子位置同步，避免將電壓施加到錯誤的相位(激發錯誤的相位)。有兩種方法可獲得此位置，一是將馬達驅動到已知位置(稱為對齊(Align)和移動(Go))，如圖6所示；二是確定轉子位置(稱為初始位置偵測(Initial Position Detection, IPD))，如圖7所示。
選擇此方法而非另一種方法的原因，主要取決於馬達類型和系統要求。調整和移動是用於啟動馬達的常用方法，其中在第一相上施加恆定電壓將馬達驅動到已知位置。第二相接地，而第三相可接地或維持高阻抗。在此狀態下，馬達應完全或幾乎靜止是必須考慮的重點，讓驅動器可啟動馬達旋轉而不會失去同步。若馬達並不處於靜狀態，驅動器則可能會失去轉子(Rotor)同步並失速。
設計者仍必須在調整狀態期間考慮為轉子提供足夠的電流，以便讓其從靜止位置移動。若電流過高會在對齊狀態下引起較大過衝(Overshoot)；電流過低則將無法取代轉子。
另外，設計者也必須在調整狀態期間配置兩個重要參數：調正時間(Align Time)和電流振幅(Current Amplitude)。透過配置電子式可抹除程式化唯讀記憶體(EEPROM)暫存器設置，能最佳化整合式驅動器中的參數。
IPD是一種演算法，其透過在每個相位上施加電流脈衝並量測脈衝達到用戶設定臨界值的時間間隔，以偵測馬達位置。馬達類型會影響電流脈衝的持續時間和振幅；換言之，對於具有較低電感和較高電流幅度的馬達，較低頻率的電流脈衝是較佳的選項，反之亦然。
除此之外，使用IPD的主要優點是它可以減少啟動馬達所需的時間，同時避免對齊狀態下所引起的後旋(Backspin)和振動。這些優勢有助於使用者從感測器整流轉換為無感測器整流，且與使用霍爾感測器(Hall Sensors)相比，更能節省成本(圖8)。
啟動可靠度對BLDC系統非常重要，像IPD、對齊和緩衝開迴路加速等功能有助於實現這種可靠性。在整合式驅動器中，驅動器本身負責馬達整流；如本文所述，啟動期間的任何額外靈活性使驅動器智慧化且可靠。
本文探討了許多使無感測驅動器從靜止位置啟動馬達的不同技術，並為這些技術提供關鍵依據；而DRV10987等無感測器BLDC馬達驅動器支援上述技術，且可透過配置EEPROM來使用。
