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

    歷經(jing)百年的(de)發(fa)展，電機(ji)(ji)的(de)應(ying)用(yong)領域(yu)已非常(chang)廣泛(fan)。安森美半導體(ti)的(de)電機(ji)(ji)驅動產品覆蓋的(de)汽車及工業等領域(yu)的(de)應(ying)用(yong)，正是(shi)電機(ji)(ji)市場主要趨勢的(de)一個縮影。

    首先是汽(qi)車(che)電氣化的趨勢，即汽(qi)車(che)制造商(shang)用(yong)集成的高(gao)能效電機(ji)傳統(tong)內燃引擎動力，通常(chang)是用(yong)無刷直(zhi)流（BLDC）電機(ji)皮(pi)帶和(he)齒(chi)輪驅動，用(yong)于(yu)引擎蓋(gai)下的輔(fu)助元件，如泵、閥(fa)、供暖(nuan)及(ji)空調、風扇等。由于(yu)BLDC電機(ji)具有(you)相當(dang)優異的性(xing)能，也開始進入傳統(tong)上采用(yong)有(you)刷直(zhi)流（BDC）電機(ji)方案的其他(ta)應用(yong)。

    另(ling)一個趨(qu)勢是(shi)應(ying)用裝(zhuang)配率(lv)的(de)(de)提升增加了電(dian)(dian)機的(de)(de)安裝(zhuang)數量，如電(dian)(dian)機化供(gong)暖通風空調(diao)（HVAC）氣瓣控制（主要用于有刷直流及單極步(bu)進電(dian)(dian)機）也開始(shi)應(ying)用于較低(di)端汽車(che)的(de)(de)HVAC系統。

    BLDC電(dian)機(ji)(ji)在工業及(ji)電(dian)信(xin)中的應用(yong)也(ye)越(yue)來越(yue)普遍(bian)。典(dian)型應用(yong)包括風(feng)扇(shan)、鼓風(feng)機(ji)(ji)、泵及(ji)壓(ya)縮機(ji)(ji)。BLDC電(dian)機(ji)(ji)的能效比交流(liu)電(dian)機(ji)(ji)或(huo)開關(guan)磁阻電(dian)機(ji)(ji)更(geng)高(gao)。BLDC電(dian)機(ji)(ji)能實現低(di)成(cheng)本變(bian)速應用(yong)，特別是用(yong)于集成(cheng)了(le)無傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)換相(xiang)算法，從而(er)能夠省卻外部傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)。

    節能趨勢對電(dian)機驅(qu)動應用的新(xin)要求(qiu)

    能源(yuan)成本通(tong)常是電機整(zheng)個壽命周期成本zui主要的(de)部分(fen)。因此，采用更的(de)電機可以節約大量能源(yuan)。

    節(jie)能(neng)(neng)趨勢對(dui)電(dian)(dian)機(ji)驅(qu)(qu)動的(de)(de)新要求包括幾個方面(mian)，其一，能(neng)(neng)效是由所選(xuan)擇的(de)(de)電(dian)(dian)機(ji)技術(shu)及電(dian)(dian)機(ji)結構決(jue)定的(de)(de)，因此要求選(xuan)擇能(neng)(neng)將電(dian)(dian)能(neng)(neng)轉換為(wei)機(ji)械能(neng)(neng)的(de)(de)比(bi)例提(ti)升至(zhi)zui高的(de)(de)電(dian)(dian)機(ji)。其次，要選(xuan)擇可以將驅(qu)(qu)動器的(de)(de)功耗降至(zhi)zui低并(bing)提(ti)高能(neng)(neng)效的(de)(de)驅(qu)(qu)動電(dian)(dian)路。其三，要通過提(ti)升電(dian)(dian)機(ji)驅(qu)(qu)動智能(neng)(neng)來實現(xian)優化的(de)(de)能(neng)(neng)耗方案。

    此外，一(yi)些應(ying)用(yong)還要(yao)求(qiu)系統中(zhong)不使用(yong)有(you)刷(shua)電(dian)機(ji)(ji)（使用(yong)步進或無刷(shua)直流(liu)電(dian)機(ji)(ji)）；而使用(yong)無傳感器(qi)換相（不使用(yong)電(dian)位計或霍爾傳感器(qi)反饋(kui)）、嵌(qian)入運動(dong)控制算法（用(yong)于(yu)低動(dong)力應(ying)用(yong)），將(jiang)能效提到zui高，降低可(ke)聽噪聲，改善(shan)電(dian)磁干擾（EMC）性能等(deng)。另外，還有(you)一(yi)些應(ying)用(yong)需要(yao)將(jiang)驅動(dong)電(dian)路與(yu)電(dian)機(ji)(ji)緊鄰布設(she)在機(ji)(ji)電(dian)致動(dong)器(qi)上，并通過總線（LIN、I2C等(deng)）連接(jie)至(zhi)*控制單元。

    安森美半導體(ti)提高電機(ji)設計能效的創新解(jie)決方(fang)案(an)

    在快速、及(ji)動態(tai)的(de)動作控制(zhi)應(ying)用中，步進電(dian)機(ji)是(shi)越(yue)(yue)來越(yue)(yue)普及(ji)的(de)一(yi)種選擇。隨著(zhu)電(dian)機(ji)技術的(de)發展(zhan)，智能(neng)驅(qu)動器(qi)/控制(zhi)器(qi)標準產品（ASSP）也涌現出來，能(neng)夠地(di)驅(qu)動這些(xie)(xie)電(dian)機(ji)。這些(xie)(xie)器(qi)件(jian)為設計(ji)人(ren)員提(ti)供(gong)了更加靈(ling)活的(de)方案，開創了創新功能(neng)的(de)空間，并發現了許(xu)多新的(de)應(ying)用。

    1.雙極步進電機驅動及控制器(qi)

    安森美半導體開發的(de)(de)AMIS-3062x系列的(de)(de)AMIS-30623就是驅(qu)(qu)動機電致動器(qi)中的(de)(de)雙極步進電機的(de)(de)驅(qu)(qu)動及控制(zhi)(zhi)器(qi)。這款產(chan)品(pin)嵌(qian)入了有限狀態機及針對先進前照燈(deng)系統(tong)（AFS）系統(tong)要求定(ding)制(zhi)(zhi)的(de)(de)本地互連(lian)網(wang)絡（LIN）指令集。該器(qi)件集成了非傳感控制(zhi)(zhi)檢測功(gong)能，能提高可(ke)靠(kao)性，減少元件數量和板上空間，降低產(chan)品(pin)成本。AMIS-30623專為遠程及多軸定(ding)位(wei)應(ying)用而設計，非傳感控制(zhi)(zhi)檢測功(gong)能的(de)(de)設計者能輕易完成的(de)(de)定(ding)位(wei)校(xiao)準及半封(feng)閉式的(de)(de)循環操(cao)作(zuo)。

    AMIS-30623的(de)(de)LIN接(jie)口使其(qi)適用(yong)于需(xu)要連接(jie)遠程LIN主(zhu)機的(de)(de)機械電(dian)(dian)子解決方案。這款(kuan)產品的(de)(de)目標應用(yong)包括前照燈級測量、自動HVAC設計(ji)、監控(kong)攝(she)像頭控(kong)制(zhi)、專業照明設備(bei)及工業機器人(ren)等。AMIS-30623的(de)(de)工作溫度均(jun)為-40℃至125℃，可(ke)傳輸(shu)高(gao)達800 mA的(de)(de)可(ke)編程電(dian)(dian)流。芯片上的(de)(de)定(ding)位(wei)控(kong)制(zhi)器可(ke)依監控(kong)類型、定(ding)位(wei)范圍和參數的(de)(de)不(bu)同(tong)而(er)修改(gai)配置(zhi)。這款(kuan)產品還具備(bei)電(dian)(dian)流保持特性。圖(tu)1是AMIS-30623的(de)(de)框圖(tu)。

    安森(sen)美(mei)半導體的AMIS-30624步進電機(ji)(ji)驅動(dong)器(qi)也可用于可移動(dong)式拍攝(she)全(quan)景-上下擺動(dong)-放焦(jiao)變大（PTZ）保安攝(she)像機(ji)(ji)應(ying)用。該(gai)器(qi)件通過I2C總線以簡單的微控制器(qi)驅動(dong)3個電機(ji)(ji)。該(gai)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)支持(chi)極緊湊的攝(she)像機(ji)(ji)設計，有助于降(jiang)低成本及提供的工(gong)作。

    AMIS-3062x單芯片解決(jue)方案(an)的(de)(de)核心是一(yi)個數字運(yun)動(dong)控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)(qi)和一(yi)個H橋布(bu)局(ju)的(de)(de)50mA至800mA雙極兩相步進(jin)電(dian)機驅(qu)動(dong)器(qi)(qi)(qi)。這種(zhong)驅(qu)動(dong)器(qi)(qi)(qi)提供(gong)微(wei)步進(jin)（micro-stepping）操作，因此不再(zai)需要(yao)在(zai)速度、噪聲和共(gong)振(zhen)導致(zhi)的(de)(de)失步（step loss）之間進(jin)行權衡。運(yun)動(dong)控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)(qi)提供(gong)可(ke)編程峰值(zhi)電(dian)流，采用20kHz PWM電(dian)流控(kong)制(zhi)方案(an)。它還集成了系統通信接口(kou)，有LIN或I2C接口(kou)可(ke)供(gong)選擇。在(zai)包括汽車(che)工業在(zai)內的(de)(de)遠程或分布(bu)式(shi)應用中，LIN架構可(ke)以減(jian)少布(bu)線和改善EMC性能。配(pei)有I2C的(de)(de)器(qi)(qi)(qi)件更(geng)適合(he)在(zai)獨(du)立PCB上與本地微(wei)處(chu)理器(qi)(qi)(qi)一(yi)起(qi)用作外(wai)圍設備。

    該(gai)系列器件(jian)的主要優點是，所(suo)有針(zhen)對應用的運動控制功能都可以(yi)在廠內進(jin)行預編程(cheng)(cheng)，明顯減少了(le)工程(cheng)(cheng)師的編碼工作(zuo)。如果選擇器件(jian)的閃存版(ban)本，還可以(yi)在開發應用及(ji)之后測試(shi)和調試(shi)軟件(jian)時進(jin)行再編程(cheng)(cheng)。這將顯著加快設計更新(xin)的速度。

    2.步進電機的(de)動態控(kong)制

    隨著步進電(dian)機出現(xian)在越(yue)來越(yue)多(duo)的(de)應(ying)用場合，設(she)計(ji)人(ren)員也在繼續追(zhui)求高(gao)(gao)精度的(de)定位。此(ci)外，其(qi)高(gao)(gao)能(neng)(neng)效、高(gao)(gao)性能(neng)(neng)及(ji)逐(zhu)漸縮(suo)小的(de)尺寸等(deng)特性，也使其(qi)對紡織(zhi)機、機器人(ren)、計(ji)算(suan)機數控銑雕機等(deng)設(she)備的(de)吸引力與(yu)日俱增。安森(sen)美半導體的(de)AMIS-305xx系列就是用于需要動態控制(zhi)步進電(dian)機系統的(de)ASSP，它能(neng)(neng)夠(gou)以SPI接口提供可變(bian)電(dian)機電(dian)流控制(zhi)，進而(er)實(shi)現(xian)的(de)動態控制(zhi)。

    AMIS-305xx系列集成了(le)轉(zhuan)換(huan)器，將連續步長(chang)轉(zhuan)換(huan)為所需(xu)的線圈電流（可通(tong)過查找表或其他方式(shi)）。該系列還(huan)集成了(le)采(cai)用H橋(qiao)配(pei)置(zhi)的驅(qu)動器晶體管、反激二極管、經PWM的片上穩流，以及多種(zhong)保護電路。圖2是AMIS-30522應用框(kuang)圖。

    該系(xi)列IC包含兩個內置(zhi)H橋，能夠(gou)以zui高(gao)達1600mA的電(dian)(dian)流(liu)驅動(dong)雙(shuang)相步進電(dian)(dian)機。速度(du)和負載(zai)角輸出使(shi)主微控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)能夠(gou)檢(jian)測(ce)阻轉(zhuan)(zhuan)轉(zhuan)(zhuan)子和運行結束狀況，而無(wu)需額外的開(kai)關、霍爾（Hall）傳感器(qi)或(huo)光(guang)學(xue)編(bian)碼(ma)器(qi)。除了停(ting)轉(zhuan)(zhuan)檢(jian)測(ce)，這些功能還允許設計人員為微控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)編(bian)程，以計算轉(zhuan)(zhuan)子位(wei)置(zhi)，并按要求(qiu)動(dong)態調節電(dian)(dian)流(liu)或(huo)速度(du)，以防止失步。它還實現(xian)了微步進，能夠(gou)消除終點停(ting)止的噪聲和震動(dong)，并在無(wu)需添加元件的情(qing)況下提升運動(dong)控(kong)制(zhi)(zhi)的度(du)和可靠性。

    在構建(jian)加(jia)工(gong)、汽車、安(an)全和建(jian)筑自動(dong)化應用(yong)時(shi)，工(gong)程師不必再擔(dan)心(xin)運動(dong)算法中(zhong)的(de)動(dong)力學設(she)(she)計，因為這些(xie)均(jun)已(yi)嵌入在ASSP中(zhong)。他(ta)們只需(xu)設(she)(she)計電(dian)機的(de)總(zong)體(ti)運動(dong)，而(er)相(xiang)關IC可以實現無傳感器失速檢測等先進特性，從(cong)而(er)更進一步(bu)簡(jian)化設(she)(she)計人員的(de)工(gong)作，加(jia)快(kuai)產品上市(shi)時(shi)間。此外(wai)，這些(xie)新的(de)微(wei)型(xing)步(bu)進電(dian)機驅動(dong)器還(huan)可使設(she)(she)計人員用(yong)zui少的(de)元件和zui低的(de)材料成(cheng)本快(kuai)速而(er)簡(jian)便地完成(cheng)動(dong)態運動(dong)應用(yong)。

    3.其他電(dian)機驅(qu)動控制解決方案(an)

    安森美半(ban)導體的NCV770x系列(lie)驅(qu)動(dong)器也(ye)常用(yong)于驅(qu)動(dong)HVAC電子控制單元(yuan)中的氣瓣。這(zhe)個(ge)系列(lie)半(ban)橋驅(qu)動(dong)器提供了(le)高(gao)性價(jia)比(bi)的方(fang)案，可以用(yong)串聯或并聯方(fang)式(shi)驅(qu)動(dong)多個(ge)有(you)刷直流電機，同時也(ye)*了(le)壽命(ming)周(zhou)期內可靠性、診斷(duan)、電池供電瞬態等方(fang)面的汽車(che)標(biao)準。

    總結

    節能(neng)是一個(ge)總(zong)的趨勢，電(dian)機驅動器(qi)也正趨于成(cheng)為大批量通用產品，而降低每(mei)個(ge)電(dian)機驅動器(qi)的成(cheng)本及減小方(fang)(fang)案尺寸(cun)則是主(zhu)要的動力。市(shi)場(chang)將會在(zai)的控(kong)制方(fang)(fang)式和(he)成(cheng)本之間(jian)獲得一個(ge)動態(tai)平衡。

    根據戰略重(zhong)點和(he)(he)對(dui)系(xi)統需求的(de)(de)理解，尤其是客(ke)戶的(de)(de)需求，安森美半導體采用(yong)定制方(fang)法為客(ke)戶提(ti)供(gong)從ASSP到客(ke)戶集成電(dian)路（ASIC）的(de)(de)不(bu)同方(fang)案(an)。這(zhe)些解決方(fang)案(an)將幫助中國市場上的(de)(de)消費電(dian)子、工業(ye)控(kong)制和(he)(he)汽車電(dian)子領(ling)域的(de)(de)電(dian)機(ji)應用(yong)設(she)計人員(yuan)獲(huo)得更高的(de)(de)效率、更長的(de)(de)壽(shou)命、更佳的(de)(de)故障控(kong)制，使電(dian)機(ji)逐步實現(xian)了小型化、率、低噪(zao)聲和(he)(he)更高的(de)(de)可靠性。

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