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(shi)場(chang)發展趨勢

    歷經(jing)百(bai)年的(de)發展，電(dian)機(ji)的(de)應(ying)用領域(yu)已(yi)非常廣泛。安森(sen)美(mei)半導體的(de)電(dian)機(ji)驅動產品覆蓋的(de)汽車及(ji)工業等(deng)領域(yu)的(de)應(ying)用，正是電(dian)機(ji)市場主要趨勢的(de)一個縮影。

    首先是汽車電氣(qi)化的(de)(de)趨勢(shi)，即汽車制造商用(yong)(yong)集(ji)成的(de)(de)高能效電機(ji)傳統內燃引擎(qing)動(dong)(dong)力(li)，通常是用(yong)(yong)無(wu)刷直流(liu)（BLDC）電機(ji)皮帶(dai)和齒輪驅(qu)動(dong)(dong)，用(yong)(yong)于引擎(qing)蓋下的(de)(de)輔助元件，如(ru)泵(beng)、閥(fa)、供暖及空(kong)調、風扇等。由于BLDC電機(ji)具(ju)有(you)相當優異的(de)(de)性能，也開始進入傳統上采用(yong)(yong)有(you)刷直流(liu)（BDC）電機(ji)方案的(de)(de)其他(ta)應用(yong)(yong)。

    另一個趨勢是應用裝(zhuang)配率(lv)的提升增(zeng)加(jia)了電(dian)機(ji)的安裝(zhuang)數量，如電(dian)機(ji)化供暖通風空調（HVAC）氣瓣(ban)控制（主要用于有刷直流及單極步進電(dian)機(ji)）也(ye)開始應用于較(jiao)低端汽(qi)車的HVAC系(xi)統。

    BLDC電(dian)(dian)(dian)機在(zai)工業(ye)及電(dian)(dian)(dian)信中的應用(yong)也越(yue)來(lai)越(yue)普遍。典型應用(yong)包括風扇、鼓(gu)風機、泵及壓(ya)縮(suo)機。BLDC電(dian)(dian)(dian)機的能(neng)效比交(jiao)流電(dian)(dian)(dian)機或(huo)開關磁(ci)阻(zu)電(dian)(dian)(dian)機更(geng)高。BLDC電(dian)(dian)(dian)機能(neng)實現低成本變速應用(yong)，特別(bie)是用(yong)于集成了(le)無傳(chuan)感器換(huan)相算法，從而能(neng)夠省卻外部傳(chuan)感器。

    節能趨勢對電機驅動(dong)應用的新(xin)要求

    能源(yuan)成本通常是電機(ji)整個壽命周期成本zui主(zhu)要(yao)的部分。因此(ci)，采用更的電機(ji)可以節約(yue)大量能源(yuan)。

    節(jie)能(neng)(neng)趨勢對電(dian)機驅(qu)動(dong)的(de)新要(yao)(yao)求包括(kuo)幾個方(fang)面，其(qi)一，能(neng)(neng)效是由所選(xuan)擇的(de)電(dian)機技術及電(dian)機結構決定的(de)，因(yin)此要(yao)(yao)求選(xuan)擇能(neng)(neng)將電(dian)能(neng)(neng)轉換(huan)為機械(xie)能(neng)(neng)的(de)比例提升至zui高的(de)電(dian)機。其(qi)次，要(yao)(yao)選(xuan)擇可以將驅(qu)動(dong)器的(de)功(gong)耗(hao)(hao)降至zui低并提高能(neng)(neng)效的(de)驅(qu)動(dong)電(dian)路。其(qi)三，要(yao)(yao)通過(guo)提升電(dian)機驅(qu)動(dong)智能(neng)(neng)來實現優化的(de)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)方(fang)案。

    此(ci)外，一些應(ying)(ying)用還(huan)要求系(xi)統中不使(shi)用有刷電機（使(shi)用步進或無刷直(zhi)流電機）；而使(shi)用無傳(chuan)感器(qi)換相（不使(shi)用電位計或霍爾傳(chuan)感器(qi)反饋）、嵌入(ru)運動(dong)控制(zhi)算法（用于(yu)低動(dong)力應(ying)(ying)用），將能(neng)效提到zui高，降低可聽(ting)噪聲(sheng)，改善電磁(ci)干擾（EMC）性能(neng)等。另外，還(huan)有一些應(ying)(ying)用需(xu)要將驅動(dong)電路與電機緊(jin)鄰布設在機電致動(dong)器(qi)上(shang)，并通過總(zong)線（LIN、I2C等）連接(jie)至*控制(zhi)單元。

    安森美半導(dao)體(ti)提高電(dian)機設(she)計能效(xiao)的創新解決方案

    在快速、及(ji)動(dong)(dong)態(tai)的(de)(de)動(dong)(dong)作(zuo)控(kong)(kong)制應用中，步進電(dian)機(ji)是越來(lai)越普(pu)及(ji)的(de)(de)一種選(xuan)擇。隨著(zhu)電(dian)機(ji)技術(shu)的(de)(de)發展，智能(neng)驅動(dong)(dong)器/控(kong)(kong)制器標(biao)準產品（ASSP）也涌現出來(lai)，能(neng)夠地驅動(dong)(dong)這(zhe)些電(dian)機(ji)。這(zhe)些器件為設計人員提供了更加(jia)靈活的(de)(de)方案，開創了創新(xin)功能(neng)的(de)(de)空間，并發現了許多新(xin)的(de)(de)應用。

    1.雙(shuang)極(ji)步進電機(ji)驅動(dong)及控(kong)制(zhi)器(qi)

    安(an)森美半(ban)導體開發的(de)(de)AMIS-3062x系列的(de)(de)AMIS-30623就是驅動機(ji)電(dian)致動器中的(de)(de)雙極步進電(dian)機(ji)的(de)(de)驅動及控制器。這款產品嵌入了有限狀(zhuang)態(tai)機(ji)及針(zhen)對(dui)先(xian)進前照燈系統(tong)（AFS）系統(tong)要求定(ding)制的(de)(de)本(ben)(ben)地互連(lian)網絡（LIN）指令集(ji)。該器件(jian)集(ji)成了非傳感控制檢測功(gong)能，能提高可靠性，減少元件(jian)數量和板上空間，降低(di)產品成本(ben)(ben)。AMIS-30623專(zhuan)為(wei)遠程及多軸定(ding)位(wei)應用而(er)設計(ji)(ji)，非傳感控制檢測功(gong)能的(de)(de)設計(ji)(ji)者(zhe)能輕易完成的(de)(de)定(ding)位(wei)校準及半(ban)封閉式的(de)(de)循環操作。

    AMIS-30623的(de)LIN接(jie)口使(shi)其(qi)適用于需要(yao)連接(jie)遠程LIN主機的(de)機械(xie)電(dian)子解決方案。這款產(chan)品的(de)目標應用包括前照燈級測量、自動HVAC設(she)(she)計、監控攝像頭控制(zhi)、專(zhuan)業照明(ming)設(she)(she)備及工業機器人等。AMIS-30623的(de)工作溫(wen)度均為-40℃至125℃，可(ke)傳輸(shu)高達800 mA的(de)可(ke)編(bian)程電(dian)流(liu)。芯(xin)片上的(de)定位(wei)控制(zhi)器可(ke)依(yi)監控類(lei)型、定位(wei)范圍和參數(shu)的(de)不(bu)同而修改配(pei)置(zhi)。這款產(chan)品還具備電(dian)流(liu)保持特性。圖(tu)(tu)1是AMIS-30623的(de)框圖(tu)(tu)。

    安(an)森美半導體的(de)AMIS-30624步(bu)進電機(ji)驅動器也(ye)可(ke)用于可(ke)移動式(shi)拍(pai)攝全景-上下擺動-放(fang)焦(jiao)變大（PTZ）保安(an)攝像機(ji)應用。該器件通過I2C總線以簡(jian)單的(de)微控制器驅動3個(ge)電機(ji)。該拓撲結構支持極緊湊的(de)攝像機(ji)設計(ji)，有助于降低(di)成本及提供的(de)工作。

    AMIS-3062x單(dan)芯片解決方案的核心是(shi)一個數字運動控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)(qi)和一個H橋布(bu)局的50mA至800mA雙(shuang)極兩相步進電機驅動器(qi)(qi)(qi)。這種驅動器(qi)(qi)(qi)提供微步進（micro-stepping）操作，因此不再需要在速度、噪聲(sheng)和共振導(dao)致的失步（step loss）之(zhi)間進行權(quan)衡。運動控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)(qi)提供可(ke)編程(cheng)峰值(zhi)電流(liu)，采用20kHz PWM電流(liu)控(kong)制(zhi)方案。它(ta)還集成了系統通信(xin)接口，有(you)LIN或(huo)(huo)I2C接口可(ke)供選擇。在包括汽車(che)工業在內(nei)的遠(yuan)程(cheng)或(huo)(huo)分布(bu)式(shi)應用中，LIN架構可(ke)以減少(shao)布(bu)線和改善(shan)EMC性能(neng)。配有(you)I2C的器(qi)(qi)(qi)件更適合在獨立PCB上與本(ben)地(di)微處理(li)器(qi)(qi)(qi)一起(qi)用作外(wai)圍設(she)備。

    該系列器件(jian)的主(zhu)要優點(dian)是(shi)，所有針對應用的運動(dong)控制功能都(dou)可(ke)以在(zai)(zai)廠內進行預編(bian)程，明顯(xian)減少了工程師的編(bian)碼工作。如果(guo)選擇器件(jian)的閃存版本，還可(ke)以在(zai)(zai)開發應用及之后測(ce)試和調試軟件(jian)時進行再編(bian)程。這將顯(xian)著加快(kuai)設計更新的速度。

    2.步進(jin)電(dian)機的動態控制(zhi)

    隨著步進(jin)電機出現在越來(lai)越多的(de)應用(yong)場合，設計人(ren)員也在繼續(xu)追求高精度(du)的(de)定位。此外(wai)，其(qi)高能(neng)效、高性(xing)能(neng)及逐(zhu)漸縮(suo)小(xiao)的(de)尺寸等(deng)特性(xing)，也使(shi)其(qi)對紡織機、機器人(ren)、計算機數控銑雕機等(deng)設備的(de)吸(xi)引力(li)與日(ri)俱(ju)增。安森美半導體的(de)AMIS-305xx系(xi)列就(jiu)是用(yong)于需要動態控制步進(jin)電機系(xi)統的(de)ASSP，它能(neng)夠以SPI接口提供(gong)可(ke)變電機電流控制，進(jin)而實現的(de)動態控制。

    AMIS-305xx系列集(ji)成(cheng)了轉換(huan)器(qi)，將連續步長轉換(huan)為所需(xu)的線圈(quan)電(dian)(dian)流（可通過查(cha)找(zhao)表或其他方式）。該(gai)系列還集(ji)成(cheng)了采用H橋(qiao)配置的驅動器(qi)晶體管、反激(ji)二極管、經PWM的片(pian)上穩流，以及多種保護電(dian)(dian)路。圖(tu)2是AMIS-30522應用框(kuang)圖(tu)。

    該(gai)系(xi)列(lie)IC包(bao)含兩個(ge)內置H橋，能夠(gou)以zui高達1600mA的(de)電(dian)(dian)流(liu)驅動雙相步進電(dian)(dian)機。速度和(he)(he)負載角輸(shu)出使主(zhu)微(wei)控制器能夠(gou)檢(jian)測(ce)阻轉(zhuan)(zhuan)轉(zhuan)(zhuan)子和(he)(he)運(yun)行結(jie)束狀況(kuang)，而(er)無(wu)需(xu)額外的(de)開關、霍爾（Hall）傳(chuan)感器或光學編(bian)碼器。除了(le)停轉(zhuan)(zhuan)檢(jian)測(ce)，這些功能還允(yun)許設計(ji)人員為微(wei)控制器編(bian)程，以計(ji)算轉(zhuan)(zhuan)子位置，并(bing)按要求動態調節電(dian)(dian)流(liu)或速度，以防止失(shi)步。它還實現(xian)了(le)微(wei)步進，能夠(gou)消除終(zhong)點停止的(de)噪聲和(he)(he)震動，并(bing)在無(wu)需(xu)添加元件的(de)情況(kuang)下(xia)提升運(yun)動控制的(de)度和(he)(he)可靠性。

    在(zai)構建加工(gong)、汽(qi)車、安全和建筑自動(dong)(dong)化(hua)應(ying)用時，工(gong)程師(shi)不(bu)必再擔心運(yun)動(dong)(dong)算法中(zhong)的(de)動(dong)(dong)力學設(she)計(ji)(ji)(ji)，因(yin)為這些(xie)均已(yi)嵌入(ru)在(zai)ASSP中(zhong)。他們(men)只需設(she)計(ji)(ji)(ji)電機(ji)的(de)總體(ti)運(yun)動(dong)(dong)，而(er)相關IC可(ke)(ke)以(yi)實現無(wu)傳(chuan)感(gan)器失速檢(jian)測等先(xian)進特性，從而(er)更進一步簡化(hua)設(she)計(ji)(ji)(ji)人(ren)員(yuan)的(de)工(gong)作，加快(kuai)產(chan)品(pin)上(shang)市時間。此外(wai)，這些(xie)新的(de)微型(xing)步進電機(ji)驅動(dong)(dong)器還可(ke)(ke)使設(she)計(ji)(ji)(ji)人(ren)員(yuan)用zui少的(de)元(yuan)件和zui低(di)的(de)材料成本快(kuai)速而(er)簡便地完成動(dong)(dong)態運(yun)動(dong)(dong)應(ying)用。

    3.其他電(dian)機驅動控(kong)制解決(jue)方案

    安森(sen)美(mei)半(ban)導體的(de)NCV770x系(xi)(xi)列驅(qu)動(dong)(dong)(dong)器也常用于驅(qu)動(dong)(dong)(dong)HVAC電(dian)(dian)子控(kong)制單(dan)元中的(de)氣瓣(ban)。這個系(xi)(xi)列半(ban)橋驅(qu)動(dong)(dong)(dong)器提供了(le)高性(xing)(xing)價比的(de)方(fang)案，可以用串(chuan)聯(lian)或(huo)并(bing)聯(lian)方(fang)式(shi)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)多個有刷直流(liu)電(dian)(dian)機(ji)，同(tong)時也*了(le)壽命周期(qi)內(nei)可靠性(xing)(xing)、診(zhen)斷、電(dian)(dian)池供電(dian)(dian)瞬態(tai)等方(fang)面的(de)汽車標準。

    總結

    節能(neng)是一個(ge)總的(de)趨(qu)勢，電(dian)機驅(qu)(qu)動器也(ye)正(zheng)趨(qu)于成(cheng)為大(da)批(pi)量通用(yong)產品，而降低(di)每個(ge)電(dian)機驅(qu)(qu)動器的(de)成(cheng)本及減小方案尺寸則是主要(yao)的(de)動力。市場將會在的(de)控(kong)制方式和成(cheng)本之間獲得一個(ge)動態(tai)平衡。

    根據戰略重點和(he)對系統需(xu)求的(de)(de)(de)理解，尤其是客(ke)戶的(de)(de)(de)需(xu)求，安森(sen)美半導體采用(yong)定制(zhi)方法為客(ke)戶提供從ASSP到客(ke)戶集成電(dian)路（ASIC）的(de)(de)(de)不同方案。這些解決方案將幫助中國(guo)市場上的(de)(de)(de)消(xiao)費電(dian)子、工(gong)業控制(zhi)和(he)汽車電(dian)子領(ling)域的(de)(de)(de)電(dian)機(ji)應用(yong)設計人員獲(huo)得更(geng)高的(de)(de)(de)效率(lv)、更(geng)長的(de)(de)(de)壽命、更(geng)佳的(de)(de)(de)故障控制(zhi)，使電(dian)機(ji)逐步(bu)實(shi)現了小型化、率(lv)、低噪聲和(he)更(geng)高的(de)(de)(de)可靠性。

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