隨著節能成為范圍關注的焦點，電機設計的能效也日益成為一個引人關注的問題。電機驅動產品不斷配合行業發展的趨勢，幫助設計人員提升能效、降低能耗、提高可靠性、減少元件數量等等，在實現節能方面發揮著積極的作用。 （恒溫泵）

    電機市場發展趨(qu)勢(shi)

    歷經百年的(de)發展，電(dian)機的(de)應用領(ling)域已非(fei)常廣泛。安森美半(ban)導體的(de)電(dian)機驅動產品覆蓋的(de)汽車及工業等領(ling)域的(de)應用，正是(shi)電(dian)機市場(chang)主要趨勢的(de)一個縮影。

    首先(xian)是(shi)汽車(che)(che)電氣(qi)化的(de)(de)趨勢，即汽車(che)(che)制(zhi)造商用集(ji)成的(de)(de)高能(neng)(neng)效電機(ji)傳統內(nei)燃(ran)引擎(qing)動力，通常是(shi)用無刷直流（BLDC）電機(ji)皮帶和(he)齒輪驅(qu)動，用于引擎(qing)蓋下的(de)(de)輔助元件，如泵、閥(fa)、供暖及空調、風扇(shan)等(deng)。由于BLDC電機(ji)具(ju)有(you)相當(dang)優異(yi)的(de)(de)性能(neng)(neng)，也開(kai)始進(jin)入傳統上采用有(you)刷直流（BDC）電機(ji)方案的(de)(de)其(qi)他應用。

    另一個趨勢是應用(yong)(yong)裝配率(lv)的(de)提升(sheng)增(zeng)加了電機(ji)的(de)安(an)裝數量，如電機(ji)化供暖通風空調（HVAC）氣瓣控(kong)制（主要用(yong)(yong)于(yu)(yu)有刷直流及單極步(bu)進(jin)電機(ji)）也開始應用(yong)(yong)于(yu)(yu)較低端(duan)汽車(che)的(de)HVAC系統。

    BLDC電(dian)機(ji)(ji)在工(gong)業及電(dian)信中的(de)(de)應(ying)用也(ye)越(yue)來越(yue)普遍。典型(xing)應(ying)用包括風扇、鼓(gu)風機(ji)(ji)、泵及壓縮機(ji)(ji)。BLDC電(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)能效(xiao)比交流電(dian)機(ji)(ji)或開(kai)關(guan)磁阻電(dian)機(ji)(ji)更高。BLDC電(dian)機(ji)(ji)能實(shi)現低成本變速應(ying)用，特別(bie)是用于集成了無傳感器(qi)(qi)換相算法，從而(er)能夠省卻外部傳感器(qi)(qi)。

    節能趨(qu)勢對電(dian)機驅(qu)動應(ying)用的新要(yao)求

    能源成(cheng)(cheng)本通常是電(dian)機整個(ge)壽命(ming)周期成(cheng)(cheng)本zui主要(yao)的部(bu)分。因此，采用(yong)更的電(dian)機可(ke)以節約(yue)大量能源。

    節能(neng)(neng)(neng)趨勢(shi)對電(dian)機驅動的(de)新(xin)要(yao)求包(bao)括幾個(ge)方(fang)面(mian)，其(qi)一，能(neng)(neng)(neng)效(xiao)是由所選擇(ze)的(de)電(dian)機技術及電(dian)機結(jie)構(gou)決定的(de)，因此要(yao)求選擇(ze)能(neng)(neng)(neng)將電(dian)能(neng)(neng)(neng)轉換(huan)為機械能(neng)(neng)(neng)的(de)比例提(ti)升至(zhi)zui高的(de)電(dian)機。其(qi)次，要(yao)選擇(ze)可以將驅動器的(de)功耗(hao)降至(zhi)zui低并提(ti)高能(neng)(neng)(neng)效(xiao)的(de)驅動電(dian)路。其(qi)三，要(yao)通過提(ti)升電(dian)機驅動智(zhi)能(neng)(neng)(neng)來實現(xian)優化的(de)能(neng)(neng)(neng)耗(hao)方(fang)案。

    此(ci)外(wai)，一(yi)些(xie)應用(yong)(yong)還(huan)要求系統中不(bu)使(shi)用(yong)(yong)有(you)刷電(dian)機(ji)（使(shi)用(yong)(yong)步進或(huo)無(wu)刷直流(liu)電(dian)機(ji)）；而使(shi)用(yong)(yong)無(wu)傳感器(qi)換(huan)相（不(bu)使(shi)用(yong)(yong)電(dian)位計或(huo)霍爾傳感器(qi)反饋）、嵌入(ru)運動(dong)控制(zhi)算法(fa)（用(yong)(yong)于低動(dong)力應用(yong)(yong)），將(jiang)能效提到zui高，降低可聽(ting)噪聲，改(gai)善電(dian)磁(ci)干擾（EMC）性能等。另外(wai)，還(huan)有(you)一(yi)些(xie)應用(yong)(yong)需要將(jiang)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)與電(dian)機(ji)緊鄰布設在機(ji)電(dian)致動(dong)器(qi)上，并通過總(zong)線（LIN、I2C等）連接至*控制(zhi)單(dan)元。

    安(an)森美半導體提(ti)高電(dian)機設計能效的創新解決(jue)方案

    在快速、及(ji)動態的(de)(de)動作控制應(ying)用中，步(bu)進電(dian)機是越來越普(pu)及(ji)的(de)(de)一種選擇。隨著電(dian)機技術(shu)的(de)(de)發展，智能(neng)(neng)驅(qu)動器(qi)/控制器(qi)標準產(chan)品(pin)（ASSP）也涌現(xian)出來，能(neng)(neng)夠地驅(qu)動這些電(dian)機。這些器(qi)件為設計(ji)人員提供了更加靈活的(de)(de)方案，開創了創新功能(neng)(neng)的(de)(de)空(kong)間，并(bing)發現(xian)了許多(duo)新的(de)(de)應(ying)用。

    1.雙極(ji)步進電機驅動及(ji)控制器(qi)

    安(an)森(sen)美半(ban)導體開(kai)發的AMIS-3062x系(xi)列(lie)的AMIS-30623就是驅(qu)動(dong)(dong)機(ji)電致動(dong)(dong)器中的雙極(ji)步進電機(ji)的驅(qu)動(dong)(dong)及控(kong)制器。這款產品嵌(qian)入了(le)(le)有限(xian)狀態(tai)機(ji)及針對先進前(qian)照燈系(xi)統（AFS）系(xi)統要求定制的本(ben)地互連網(wang)絡（LIN）指令集。該(gai)器件(jian)集成了(le)(le)非傳感控(kong)制檢(jian)測功(gong)能(neng)，能(neng)提高可靠(kao)性，減少(shao)元件(jian)數量和板(ban)上空間，降低產品成本(ben)。AMIS-30623專為遠程及多(duo)軸(zhou)定位(wei)應(ying)用而設計，非傳感控(kong)制檢(jian)測功(gong)能(neng)的設計者能(neng)輕易完成的定位(wei)校準及半(ban)封(feng)閉(bi)式的循環操作。

    AMIS-30623的(de)(de)LIN接(jie)口(kou)使其(qi)適(shi)用于需(xu)要連接(jie)遠程LIN主(zhu)機的(de)(de)機械電(dian)(dian)子解(jie)決方案(an)。這(zhe)款產品(pin)的(de)(de)目(mu)標應用包(bao)括(kuo)前照(zhao)燈(deng)級測(ce)量、自動HVAC設計、監(jian)控(kong)攝(she)像頭控(kong)制、專業照(zhao)明(ming)設備(bei)及(ji)工業機器(qi)(qi)人(ren)等。AMIS-30623的(de)(de)工作(zuo)溫度(du)均為-40℃至125℃，可(ke)(ke)傳輸高達800 mA的(de)(de)可(ke)(ke)編程電(dian)(dian)流。芯片上的(de)(de)定(ding)位控(kong)制器(qi)(qi)可(ke)(ke)依監(jian)控(kong)類型、定(ding)位范圍(wei)和參數(shu)的(de)(de)不同而修改配置(zhi)。這(zhe)款產品(pin)還具備(bei)電(dian)(dian)流保(bao)持特性。圖(tu)1是(shi)AMIS-30623的(de)(de)框圖(tu)。

    安森美(mei)半導體的(de)(de)AMIS-30624步進電機(ji)驅(qu)動器也可(ke)用于(yu)可(ke)移動式(shi)拍(pai)攝全景-上下擺動-放(fang)焦(jiao)變大（PTZ）保安攝像機(ji)應用。該(gai)器件通過I2C總線(xian)以簡單的(de)(de)微控制器驅(qu)動3個電機(ji)。該(gai)拓撲結構支持(chi)極(ji)緊湊的(de)(de)攝像機(ji)設計，有助于(yu)降低成(cheng)本及提供的(de)(de)工作。

    AMIS-3062x單芯片解決方案的(de)核心是一個(ge)數(shu)字(zi)運動(dong)控制(zhi)器(qi)和一個(ge)H橋布局的(de)50mA至800mA雙(shuang)極兩相步(bu)進(jin)電(dian)機驅(qu)(qu)動(dong)器(qi)。這(zhe)種驅(qu)(qu)動(dong)器(qi)提(ti)供微(wei)步(bu)進(jin)（micro-stepping）操(cao)作，因(yin)此不再需要在速度、噪聲和共振(zhen)導致(zhi)的(de)失步(bu)（step loss）之間進(jin)行(xing)權衡。運動(dong)控制(zhi)器(qi)提(ti)供可(ke)編程峰值電(dian)流，采用20kHz PWM電(dian)流控制(zhi)方案。它(ta)還集成了系(xi)統通信接(jie)口(kou)，有LIN或I2C接(jie)口(kou)可(ke)供選(xuan)擇(ze)。在包括汽車工業在內(nei)的(de)遠(yuan)程或分布式應(ying)用中，LIN架構可(ke)以減少布線(xian)和改善EMC性能。配有I2C的(de)器(qi)件更適合在獨立PCB上與本地微(wei)處理器(qi)一起用作外(wai)圍設備。

    該系列器件(jian)的(de)主要優點是，所(suo)有針對應(ying)用(yong)的(de)運動控制功能都可(ke)以(yi)在(zai)廠內進(jin)行預編程，明(ming)顯(xian)減少了工程師(shi)的(de)編碼工作。如果選擇(ze)器件(jian)的(de)閃存(cun)版本，還可(ke)以(yi)在(zai)開發應(ying)用(yong)及(ji)之后測試(shi)和調試(shi)軟件(jian)時進(jin)行再編程。這將顯(xian)著加快(kuai)設(she)計(ji)更新的(de)速度。

    2.步進電機的動態控制

    隨著步進電(dian)(dian)機(ji)出現在(zai)越(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)多的(de)(de)應用場合，設計人員也(ye)在(zai)繼續(xu)追求高精度的(de)(de)定位(wei)。此外，其高能(neng)效、高性能(neng)及逐漸縮小的(de)(de)尺寸等特性，也(ye)使其對紡(fang)織(zhi)機(ji)、機(ji)器(qi)人、計算機(ji)數(shu)控(kong)(kong)銑雕機(ji)等設備的(de)(de)吸(xi)引(yin)力與日俱增。安森(sen)美半導體(ti)的(de)(de)AMIS-305xx系列就是用于(yu)需要動態控(kong)(kong)制(zhi)步進電(dian)(dian)機(ji)系統(tong)的(de)(de)ASSP，它能(neng)夠以SPI接口提供可變電(dian)(dian)機(ji)電(dian)(dian)流控(kong)(kong)制(zhi)，進而(er)實現的(de)(de)動態控(kong)(kong)制(zhi)。

    AMIS-305xx系列集(ji)成了轉(zhuan)換器，將連續步長轉(zhuan)換為所需的(de)線圈電流(liu)（可通(tong)過查找表或其他(ta)方式）。該系列還集(ji)成了采用H橋配(pei)置的(de)驅(qu)動(dong)器晶體管、反激二極管、經PWM的(de)片上穩(wen)流(liu)，以及多種保(bao)護電路(lu)。圖2是AMIS-30522應用框圖。

    該(gai)系(xi)列IC包含兩個內(nei)置H橋，能(neng)夠以(yi)zui高達(da)1600mA的(de)(de)電(dian)流驅動(dong)雙相步進(jin)電(dian)機。速度(du)和(he)負載角輸出使主(zhu)微控(kong)制器(qi)能(neng)夠檢測阻轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)和(he)運行(xing)結束狀況，而無(wu)需(xu)額外的(de)(de)開關、霍爾（Hall）傳感器(qi)或光學編碼(ma)器(qi)。除(chu)了停轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)檢測，這些功(gong)能(neng)還允許設計人員為微控(kong)制器(qi)編程，以(yi)計算轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)位置，并(bing)按要求動(dong)態調節電(dian)流或速度(du)，以(yi)防止(zhi)失步。它還實現了微步進(jin)，能(neng)夠消除(chu)終點(dian)停止(zhi)的(de)(de)噪聲和(he)震動(dong)，并(bing)在無(wu)需(xu)添加元件的(de)(de)情(qing)況下(xia)提升運動(dong)控(kong)制的(de)(de)度(du)和(he)可(ke)靠性。

    在構建加工(gong)、汽車、安全和(he)建筑自動(dong)(dong)化(hua)應用時(shi)(shi)，工(gong)程師(shi)不必(bi)再(zai)擔心運(yun)動(dong)(dong)算法(fa)中(zhong)的(de)(de)動(dong)(dong)力學(xue)設(she)計(ji)(ji)(ji)，因為這些均已嵌入在ASSP中(zhong)。他(ta)們只需設(she)計(ji)(ji)(ji)電(dian)機(ji)的(de)(de)總體運(yun)動(dong)(dong)，而(er)相關IC可(ke)以實現(xian)無(wu)傳(chuan)感器失(shi)速(su)檢(jian)測等先進特性(xing)，從(cong)而(er)更進一(yi)步簡化(hua)設(she)計(ji)(ji)(ji)人(ren)員(yuan)的(de)(de)工(gong)作，加快(kuai)產品上(shang)市時(shi)(shi)間(jian)。此外，這些新的(de)(de)微型步進電(dian)機(ji)驅動(dong)(dong)器還可(ke)使設(she)計(ji)(ji)(ji)人(ren)員(yuan)用zui少的(de)(de)元件和(he)zui低的(de)(de)材料成本快(kuai)速(su)而(er)簡便(bian)地完成動(dong)(dong)態(tai)運(yun)動(dong)(dong)應用。

    3.其他(ta)電機驅動(dong)控制解決方(fang)案

    安森美半導體的(de)NCV770x系列(lie)驅(qu)動器也常用于驅(qu)動HVAC電子控制(zhi)單元中的(de)氣瓣。這個系列(lie)半橋驅(qu)動器提供了高性(xing)價比的(de)方案，可以用串聯或并聯方式驅(qu)動多個有刷直流電機(ji)，同時也*了壽(shou)命周期內可靠性(xing)、診斷、電池供電瞬(shun)態等(deng)方面的(de)汽車標(biao)準。

    總結

    節能(neng)是(shi)一個(ge)總的(de)(de)趨勢(shi)，電機驅動(dong)器也正趨于成(cheng)為大批量通用產品(pin)，而降(jiang)低每個(ge)電機驅動(dong)器的(de)(de)成(cheng)本(ben)及減小方案尺寸則是(shi)主(zhu)要的(de)(de)動(dong)力。市(shi)場(chang)將會在的(de)(de)控制方式和成(cheng)本(ben)之間獲得一個(ge)動(dong)態平衡。

    根據戰略重點(dian)和對系統需(xu)求(qiu)的(de)理(li)解，尤其是客戶(hu)的(de)需(xu)求(qiu)，安森美半導(dao)體采用定(ding)制(zhi)方(fang)法為客戶(hu)提(ti)供從ASSP到客戶(hu)集成電(dian)路（ASIC）的(de)不同方(fang)案(an)。這些解決方(fang)案(an)將幫助中(zhong)國市場上的(de)消費電(dian)子、工業控制(zhi)和汽車電(dian)子領域(yu)的(de)電(dian)機(ji)應用設(she)計人員獲得(de)更(geng)(geng)高的(de)效率(lv)、更(geng)(geng)長的(de)壽命、更(geng)(geng)佳的(de)故(gu)障控制(zhi)，使電(dian)機(ji)逐步實現了小型化、率(lv)、低噪聲和更(geng)(geng)高的(de)可靠(kao)性。

可參考(kao)昆山(shan)奧蘭(lan)克泵業制造有限公司(si)

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