無刷直流電機集成更多功能，讓電機更進(jìn)步
無刷直流電機集成更多功能，讓電機更進(jìn)步
相對于有百年歷史的有刷電機而言，無刷直流電機更高效、體積更小和輕便，并正在穩(wěn)步快速地向前發(fā)展。對于它們穩(wěn)定且不斷增加的受歡迎程度，正成為一個新的熱潮。
就在兩年前，無刷直流電機還遠(yuǎn)比有刷電機昂貴。但受惠于設(shè)計技術(shù)和材料技術(shù)的進(jìn)步，其價格急劇降低。如今，兩種電機技術(shù)之間的成本差異只有10%。而最顯著的轉(zhuǎn)變則是設(shè)計人員開始緊密結(jié)合工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行工作。傳統(tǒng)上，這被認(rèn)為屬于硬核式有刷電機的應(yīng)用領(lǐng)域，因為“干凈”的工作環(huán)境并不是最重要的。但現(xiàn)在，由于成本門檻的降低，無刷電機不斷獲得新的應(yīng)用。
有刷和無刷電機之間最顯著的區(qū)別是是否配置有常見的電刷-換向器(Brush-Commutator)。過去一個世紀(jì)以來，有刷直流電機的換向一直是通過石墨電刷與安裝在轉(zhuǎn)子上的環(huán)形換向器相接觸來實現(xiàn)的。
而無刷電機則通過霍爾傳感器(Hall sensor)把轉(zhuǎn)子位置反饋回控制電路，使其能夠獲知電機相位換向(順序) 的準(zhǔn)確時間。大多數(shù)無刷電機生產(chǎn)商生產(chǎn)的電機都具有三個霍爾效應(yīng)定位傳感器。由于無刷電機沒有電刷，故也沒有相關(guān)接口，因此更高效，噪聲更小，平時使用也無需深度的維護(hù)，壽命更長。
那么，還有什么是有待更進(jìn)一步的呢？盡管電機業(yè)對無刷電機優(yōu)勢的認(rèn)識日益加深，但迄今工作仍只限于開發(fā)上述的無刷電機霍爾傳感器控制電子元件。
目前對電機驅(qū)動盒和電機驅(qū)動卡開發(fā)的需求十分急迫，它們能為設(shè)計人員提供微控制器、可編程能力和驅(qū)動器，并把所有這些功能都集成在一個單一封裝內(nèi)。不論是在數(shù)字還是模擬模式下，本質(zhì)上是這種集成方式完成各種電機應(yīng)用必需的換向。沒有這種集成，無刷電機就不起作用。
在選擇最佳驅(qū)動器時，脈寬調(diào)制(PWM) IC正逐漸作為一種首選技術(shù)受到認(rèn)可。最佳驅(qū)動器的選擇僅取決于效率。線性電路的缺點在中端開始突顯，此時輸出電平為50%左右。在這種輸出電平時，旁路元件的阻抗等于負(fù)載阻抗，這意味著放大器產(chǎn)生的熱量等于供給負(fù)載的功率！簡言之，當(dāng)以中等功率等級驅(qū)動電阻式負(fù)載時，線性控制電路出現(xiàn)50%的最低效率。
現(xiàn)在讓我們考慮一個PWM解決方案。在PWM控制系統(tǒng)中，模擬輸入電平被轉(zhuǎn)換為可變占空比開關(guān)驅(qū)動信號。從一個電氣狀態(tài)切換到另一個狀態(tài)的過程，也就是OFF和ON之間的變化，被稱為“調(diào)制”，這也是這項技術(shù)被稱為“脈寬調(diào)制”的原因。剛開始占空比為零，即一直處于OFF狀態(tài)，當(dāng)電機開始旋轉(zhuǎn)時，占空比通常隨之增加，直至電機達(dá)到應(yīng)用所需的速度和/或轉(zhuǎn)矩為止。問題仍然是，還有什么是有待更進(jìn)一步的呢？
具有控制無刷電機所必需的特定功能的微控制器，以及向電機提供能源并構(gòu)成微控制器與無刷電機之間接口的PWM IC驅(qū)動器已開始問世。但為了向設(shè)計人員提供他們眼下迫切需要的集成式無刷控制電路功能，該領(lǐng)域仍有大量工作有待完成。
