發(fā)動(dòng)機(jī)控制長期以來一直處于研發(fā)活動(dòng)的最前沿，旨在在兩個(gè)層面找到有效和高效的微電子解決方案，一個(gè)是計(jì)算軟件，另一個(gè)是可以在微電子層面集成的電力電子硬件電子。

電機(jī)控制器的目的是能夠手動(dòng)或自動(dòng)作用于電動(dòng)機(jī)（啟停、提前反轉(zhuǎn)、速度、扭轉(zhuǎn)和電壓過載保護(hù)）。在對成本、尺寸、性能等因素特別敏感的應(yīng)用領(lǐng)域的各個(gè)方面，用于電機(jī)控制的集成電路 （IC） 代表了創(chuàng)新的重要時(shí)刻。汽車行業(yè)和工業(yè)自動(dòng)化無疑是最具代表性的領(lǐng)域。

直流電機(jī)

市場提供不同類型的電動(dòng)機(jī)，因此控制策略取決于它們的結(jié)構(gòu)。直流永磁電機(jī)的定子由兩個(gè)或多個(gè)磁極組成。另一方面，轉(zhuǎn)子由連接到機(jī)械開關(guān)的繞組組成。

縮寫BLDC（無刷直流）表示帶有永磁體的同步無刷電動(dòng)機(jī)，圍繞固定電樞旋轉(zhuǎn)（圖 1）：它們的轉(zhuǎn)子和定子以相同的頻率轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子和電機(jī)定子之間的切換不是以機(jī)械方式進(jìn)行，而是以電子方式進(jìn)行。與有刷直流電不同，它不需要連接到電機(jī)軸即可運(yùn)行。

圖 1：無刷直流電機(jī)使用基于位置傳感器和 MCU 的電子開關(guān)系統(tǒng)，該系統(tǒng)確定開關(guān)時(shí)間以向電機(jī)施加正確的扭矩

在有刷電機(jī)中，轉(zhuǎn)子和電刷通過反轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生不斷改變方向的電流。另一方面，在無刷電機(jī)中，電流反向是通過由微控制器控制的一組功率晶體管（通常為 IGBT）以電子方式獲得的。他們駕駛的主要問題是了解發(fā)動(dòng)機(jī)的確切位置。只有這樣，控制器才能知道要運(yùn)行哪個(gè)階段（圖 2 和圖 3）。轉(zhuǎn)子相對于定子的位置通常通過使用霍爾效應(yīng)傳感器或光學(xué)式傳感器獲得。

圖 2：無刷電機(jī)的應(yīng)用電路 ［來源：Maxim Integrated］

直流無刷電機(jī)的典型應(yīng)用是無法更換部件（電刷）的應(yīng)用，因?yàn)檫@些系統(tǒng)是密封的（例如硬盤）。

該MAX14871 DC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供用于與4.5V和36V之間的電壓有刷電機(jī)的簡單的驅(qū)動(dòng)程序。它采用無泵充電設(shè)計(jì)，可減少外部元件并降低電源電流。

圖 3：有刷電機(jī)的應(yīng)用電路

RHOM Semiconductor的BD63005AMUV是一款三相無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，額定電源電壓33V，額定輸出電流2A（峰值3.5A）。它從霍爾傳感器產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并通過輸入控制信號(hào)驅(qū)動(dòng) PWM。此外，電源可以使用 12 V 或 24 V，并具有各種控制和集成保護(hù)功能，使其適用于各種用途。

無刷直流電機(jī) （BLDC） 在家用電器和消費(fèi)電子產(chǎn)品中非常受歡迎。在這些應(yīng)用中，需要高效率標(biāo)準(zhǔn)，因此需要更好的技術(shù)來將整體功率損耗降至最低。

該電源集成BridgeSwitch驅(qū)動(dòng)器系列采用了高邊和低邊先進(jìn)FREDFET家庭（快速恢復(fù)二極管場晶體管），以超過98.5％的直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用高達(dá)300 W.偉大的效率和分布式熱足跡效率架構(gòu)消除了對散熱器的需求，降低了系統(tǒng)成本和重量（圖 4）。

圖 4：具有 BridgeSwitch 的典型應(yīng)用電路

BridgeSwitch 提供內(nèi)部故障保護(hù)功能和外部系統(tǒng)級(jí)監(jiān)控。外部監(jiān)控包括具有四個(gè)欠壓電平和一個(gè)過壓電平的直流總線感應(yīng)以及驅(qū)動(dòng)

MOSFET 和 IGBT

電源控制是軟件和硬件的內(nèi)在組合。硬件組件以IGBT、功率二極管等電子控制器件為代表，而軟件組件則是與硬件組件的（硬件組件控制）控制相關(guān)的，其中控制模型變得越來越復(fù)雜和精密。

電機(jī)控制電路的目標(biāo)是快速激活和停用線圈中的電流，同時(shí)將開關(guān)或傳導(dǎo)損耗降至最低。它需要使用 MOSFET 和 IGBT。這兩種半導(dǎo)體器件都滿足電機(jī)控制的需要，被證明適用于不同的應(yīng)用場合。在大多數(shù)應(yīng)用中，它們用于 H 橋配置，允許完全控制電機(jī)的速度和方向。

審核編輯：郭婷