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(dian)機(ji)市場發展(zhan)趨勢

    歷經百年(nian)的發展，電(dian)機(ji)的應(ying)用領域(yu)已(yi)非常廣(guang)泛(fan)。安森美半(ban)導體(ti)的電(dian)機(ji)驅(qu)動產品覆(fu)蓋的汽車及工業(ye)等(deng)領域(yu)的應(ying)用，正是電(dian)機(ji)市(shi)場主(zhu)要趨(qu)勢的一個(ge)縮影。

    首先是汽(qi)(qi)車(che)電(dian)氣(qi)化的趨勢，即汽(qi)(qi)車(che)制造商用集成的高能效電(dian)機(ji)(ji)傳統(tong)內(nei)燃(ran)引(yin)擎動(dong)力，通常是用無(wu)刷直流（BLDC）電(dian)機(ji)(ji)皮帶和齒(chi)輪驅動(dong)，用于引(yin)擎蓋下的輔助元件，如(ru)泵、閥、供暖及空調、風扇等。由于BLDC電(dian)機(ji)(ji)具有(you)(you)相當(dang)優異的性能，也開始進入傳統(tong)上采用有(you)(you)刷直流（BDC）電(dian)機(ji)(ji)方案的其他應(ying)用。

    另一個趨勢是(shi)應(ying)用(yong)(yong)裝配率的(de)提升增加了電(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)安(an)裝數量，如電(dian)(dian)機(ji)(ji)化供暖通風空調（HVAC）氣瓣控制（主要用(yong)(yong)于有刷(shua)直流及單極步進電(dian)(dian)機(ji)(ji)）也開始應(ying)用(yong)(yong)于較低端汽車的(de)HVAC系統。

    BLDC電(dian)機(ji)(ji)在工業(ye)及電(dian)信中的應(ying)用(yong)(yong)也越來越普遍。典型應(ying)用(yong)(yong)包括風扇、鼓(gu)風機(ji)(ji)、泵及壓(ya)縮機(ji)(ji)。BLDC電(dian)機(ji)(ji)的能(neng)效比交流(liu)電(dian)機(ji)(ji)或開關(guan)磁(ci)阻電(dian)機(ji)(ji)更(geng)高。BLDC電(dian)機(ji)(ji)能(neng)實現低成本(ben)變速應(ying)用(yong)(yong)，特別是(shi)用(yong)(yong)于集成了無傳感器(qi)換相(xiang)算法，從(cong)而能(neng)夠省卻外部傳感器(qi)。

    節能趨勢(shi)對電機驅動應(ying)用的新要求

    能(neng)源(yuan)成本通常(chang)是電機整個(ge)壽命周期成本zui主要的(de)部分(fen)。因此(ci)，采用(yong)更的(de)電機可以節約大量能(neng)源(yuan)。

    節能(neng)(neng)(neng)趨勢對電(dian)機(ji)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)的(de)新要求(qiu)包括幾個方(fang)面，其(qi)一(yi)，能(neng)(neng)(neng)效是由所(suo)選擇的(de)電(dian)機(ji)技術及電(dian)機(ji)結(jie)構(gou)決定的(de)，因此要求(qiu)選擇能(neng)(neng)(neng)將電(dian)能(neng)(neng)(neng)轉換為機(ji)械(xie)能(neng)(neng)(neng)的(de)比例提升至zui高(gao)(gao)的(de)電(dian)機(ji)。其(qi)次，要選擇可以將驅(qu)(qu)動(dong)(dong)器的(de)功耗降至zui低并提高(gao)(gao)能(neng)(neng)(neng)效的(de)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)電(dian)路。其(qi)三，要通過提升電(dian)機(ji)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)智能(neng)(neng)(neng)來實現優化的(de)能(neng)(neng)(neng)耗方(fang)案。

    此外，一些應用(yong)(yong)(yong)還要求系統中不使(shi)用(yong)(yong)(yong)有刷電(dian)機（使(shi)用(yong)(yong)(yong)步進或無(wu)刷直流(liu)電(dian)機）；而使(shi)用(yong)(yong)(yong)無(wu)傳感(gan)器換相（不使(shi)用(yong)(yong)(yong)電(dian)位(wei)計或霍(huo)爾傳感(gan)器反饋）、嵌入(ru)運動控(kong)制算法（用(yong)(yong)(yong)于低動力應用(yong)(yong)(yong)），將能效提到zui高，降低可聽噪聲(sheng)，改善電(dian)磁干(gan)擾（EMC）性能等。另外，還有一些應用(yong)(yong)(yong)需要將驅動電(dian)路與電(dian)機緊鄰布設在(zai)機電(dian)致動器上(shang)，并(bing)通過總線（LIN、I2C等）連接至*控(kong)制單元。

    安森美半導體提高電(dian)機設計能效的創新解(jie)決(jue)方案(an)

    在快速、及(ji)動(dong)態的(de)(de)動(dong)作控制應(ying)用(yong)中，步進電(dian)(dian)機是(shi)越(yue)來越(yue)普及(ji)的(de)(de)一種選擇。隨著電(dian)(dian)機技術(shu)的(de)(de)發(fa)展，智能驅(qu)動(dong)器(qi)/控制器(qi)標(biao)準產品(pin)（ASSP）也涌現(xian)出來，能夠(gou)地驅(qu)動(dong)這些(xie)電(dian)(dian)機。這些(xie)器(qi)件為設計人員提供(gong)了更(geng)加靈活(huo)的(de)(de)方(fang)案(an)，開(kai)創(chuang)了創(chuang)新功能的(de)(de)空間，并發(fa)現(xian)了許多新的(de)(de)應(ying)用(yong)。

    1.雙(shuang)極步(bu)進電機驅動及控(kong)制器

    安森美半導體開發(fa)的AMIS-3062x系列的AMIS-30623就(jiu)是(shi)驅(qu)動(dong)機(ji)電(dian)致動(dong)器中的雙極(ji)步進(jin)電(dian)機(ji)的驅(qu)動(dong)及控制器。這款產品嵌入(ru)了有限狀態機(ji)及針對先(xian)進(jin)前照(zhao)燈系統(tong)（AFS）系統(tong)要(yao)求定(ding)制的本地互連網絡(luo)（LIN）指令集。該器件集成(cheng)了非(fei)傳感控制檢(jian)測(ce)功能(neng)，能(neng)提高可(ke)靠性，減(jian)少(shao)元件數量(liang)和板(ban)上(shang)空間，降低(di)產品成(cheng)本。AMIS-30623專(zhuan)為遠程及多軸定(ding)位(wei)應用而設(she)計，非(fei)傳感控制檢(jian)測(ce)功能(neng)的設(she)計者(zhe)能(neng)輕易完成(cheng)的定(ding)位(wei)校準及半封閉式(shi)的循環操作(zuo)。

    AMIS-30623的(de)LIN接(jie)口使(shi)其適用于需要(yao)連接(jie)遠程LIN主機的(de)機械電(dian)子(zi)解決方案(an)。這款(kuan)產(chan)品的(de)目標應用包括(kuo)前照(zhao)燈(deng)級測量、自動HVAC設計、監(jian)控攝像頭控制、專業(ye)照(zhao)明(ming)設備(bei)及工(gong)業(ye)機器人等。AMIS-30623的(de)工(gong)作溫度均為-40℃至(zhi)125℃，可傳輸(shu)高達800 mA的(de)可編程電(dian)流。芯片上的(de)定(ding)位控制器可依監(jian)控類型、定(ding)位范圍(wei)和參數的(de)不同而修改配(pei)置。這款(kuan)產(chan)品還(huan)具備(bei)電(dian)流保持特性(xing)。圖1是AMIS-30623的(de)框圖。

    安(an)森(sen)美半(ban)導體的AMIS-30624步(bu)進電機驅(qu)動(dong)器也可用于(yu)可移動(dong)式拍攝(she)全景-上下擺動(dong)-放焦變大(da)（PTZ）保安(an)攝(she)像機應(ying)用。該(gai)器件通(tong)過I2C總線(xian)以簡單的微控制器驅(qu)動(dong)3個電機。該(gai)拓撲結構支持極緊湊的攝(she)像機設計，有助于(yu)降(jiang)低(di)成(cheng)本及提供的工作。

    AMIS-3062x單芯片解決方(fang)(fang)案的(de)核(he)心(xin)是一個數字運(yun)動控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)和一個H橋(qiao)布(bu)局的(de)50mA至800mA雙極兩相步進電機驅動器(qi)。這種(zhong)驅動器(qi)提供微步進（micro-stepping）操(cao)作(zuo)(zuo)，因此不再需(xu)要在(zai)速度、噪聲和共振導致的(de)失步（step loss）之(zhi)間進行權(quan)衡。運(yun)動控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)提供可編程峰值電流，采用20kHz PWM電流控(kong)(kong)制(zhi)方(fang)(fang)案。它(ta)還集成了系統通信接口，有LIN或I2C接口可供選(xuan)擇。在(zai)包括汽車工業在(zai)內的(de)遠程或分(fen)布(bu)式應用中，LIN架構可以減少(shao)布(bu)線和改(gai)善(shan)EMC性能。配有I2C的(de)器(qi)件更適(shi)合在(zai)獨立PCB上與本地微處理(li)器(qi)一起用作(zuo)(zuo)外圍設備。

    該系列器件的主要優(you)點(dian)是，所有針對應用(yong)的運動控(kong)制功能都(dou)可(ke)以在廠內進行預(yu)編(bian)程，明(ming)顯(xian)減少了工程師的編(bian)碼工作(zuo)。如果選(xuan)擇(ze)器件的閃存版(ban)本，還可(ke)以在開發應用(yong)及之后測試和調(diao)試軟件時(shi)進行再編(bian)程。這將顯(xian)著加快設(she)計(ji)更新(xin)的速(su)度。

    2.步進(jin)電(dian)機的動態控(kong)制

    隨著步進(jin)電(dian)機(ji)(ji)出現(xian)在越來(lai)越多的(de)(de)應用場合(he)，設(she)計(ji)(ji)人(ren)員也在繼(ji)續追求高(gao)精度的(de)(de)定位。此外，其高(gao)能效、高(gao)性(xing)能及(ji)逐(zhu)漸縮小的(de)(de)尺寸等特性(xing)，也使其對紡織機(ji)(ji)、機(ji)(ji)器人(ren)、計(ji)(ji)算機(ji)(ji)數控(kong)銑雕機(ji)(ji)等設(she)備的(de)(de)吸(xi)引力與日俱增。安(an)森美半(ban)導體的(de)(de)AMIS-305xx系(xi)列就是用于(yu)需要(yao)動態控(kong)制步進(jin)電(dian)機(ji)(ji)系(xi)統(tong)的(de)(de)ASSP，它能夠以SPI接口提(ti)供可變電(dian)機(ji)(ji)電(dian)流控(kong)制，進(jin)而實現(xian)的(de)(de)動態控(kong)制。

    AMIS-305xx系列(lie)集成(cheng)了轉換器(qi)，將(jiang)連續步長轉換為所需(xu)的(de)(de)線圈電流（可通過(guo)查找表(biao)或其他方式）。該系列(lie)還集成(cheng)了采(cai)用(yong)H橋配置的(de)(de)驅動器(qi)晶體(ti)管、反(fan)激(ji)二極管、經PWM的(de)(de)片上穩流，以(yi)及多(duo)種保護電路。圖(tu)2是AMIS-30522應用(yong)框圖(tu)。

    該系列(lie)IC包含兩個內(nei)置H橋，能(neng)夠(gou)以zui高(gao)達1600mA的(de)電(dian)流(liu)驅(qu)動(dong)(dong)雙相步進(jin)電(dian)機。速度(du)和負載角輸出使(shi)主(zhu)微(wei)(wei)控(kong)制(zhi)器能(neng)夠(gou)檢測阻轉轉子和運行結(jie)束狀況(kuang)，而(er)無需額外的(de)開關、霍爾（Hall）傳(chuan)感器或光學編碼器。除了停轉檢測，這些(xie)功(gong)能(neng)還允許設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)為微(wei)(wei)控(kong)制(zhi)器編程，以計(ji)算轉子位置，并按要求動(dong)(dong)態調節(jie)電(dian)流(liu)或速度(du)，以防止失步。它還實現(xian)了微(wei)(wei)步進(jin)，能(neng)夠(gou)消除終點停止的(de)噪聲(sheng)和震動(dong)(dong)，并在無需添加(jia)元件的(de)情況(kuang)下提升(sheng)運動(dong)(dong)控(kong)制(zhi)的(de)度(du)和可(ke)靠性。

    在構(gou)建加工(gong)、汽車、安全(quan)和(he)建筑自動(dong)(dong)化(hua)應用(yong)時，工(gong)程師不必再擔(dan)心運(yun)(yun)動(dong)(dong)算法中的(de)(de)(de)動(dong)(dong)力學設(she)計(ji)，因為這(zhe)些均已嵌入在ASSP中。他們只需(xu)設(she)計(ji)電機的(de)(de)(de)總體(ti)運(yun)(yun)動(dong)(dong)，而相關IC可以實現(xian)無(wu)傳感器失(shi)速檢測等(deng)先進特性，從(cong)而更進一步簡化(hua)設(she)計(ji)人(ren)員的(de)(de)(de)工(gong)作，加快產品上市(shi)時間。此(ci)外，這(zhe)些新(xin)的(de)(de)(de)微型步進電機驅(qu)動(dong)(dong)器還可使設(she)計(ji)人(ren)員用(yong)zui少的(de)(de)(de)元(yuan)件和(he)zui低的(de)(de)(de)材料成本快速而簡便地(di)完成動(dong)(dong)態運(yun)(yun)動(dong)(dong)應用(yong)。

    3.其他(ta)電機(ji)驅動(dong)控制(zhi)解決(jue)方案(an)

    安(an)森(sen)美半導體的NCV770x系列(lie)驅(qu)(qu)動器也常用于驅(qu)(qu)動HVAC電(dian)子控制單元中的氣瓣。這個系列(lie)半橋驅(qu)(qu)動器提供了高性價(jia)比的方案，可(ke)以用串(chuan)聯或(huo)并(bing)聯方式驅(qu)(qu)動多個有刷直流電(dian)機，同時也*了壽命(ming)周期(qi)內可(ke)靠(kao)性、診斷、電(dian)池供電(dian)瞬(shun)態(tai)等方面的汽車標準。

    總結

    節能是(shi)一個(ge)總的(de)趨勢，電機驅動器(qi)(qi)也正趨于成(cheng)為大批(pi)量通用產品(pin)，而降低每個(ge)電機驅動器(qi)(qi)的(de)成(cheng)本及減小(xiao)方案尺寸則是(shi)主要的(de)動力。市(shi)場將會在的(de)控制方式和(he)成(cheng)本之間獲得一個(ge)動態平(ping)衡(heng)。

    根據戰略重點和對系統需(xu)求的(de)(de)理解，尤其是(shi)客戶(hu)的(de)(de)需(xu)求，安森(sen)美(mei)半導體(ti)采用(yong)定(ding)制(zhi)方法(fa)為客戶(hu)提供從ASSP到客戶(hu)集成電(dian)路（ASIC）的(de)(de)不同方案。這些解決方案將幫助中國市場上的(de)(de)消(xiao)費電(dian)子、工業控(kong)(kong)制(zhi)和汽車(che)電(dian)子領域(yu)的(de)(de)電(dian)機(ji)應用(yong)設計人員獲得(de)更高(gao)的(de)(de)效率、更長的(de)(de)壽命(ming)、更佳的(de)(de)故(gu)障控(kong)(kong)制(zhi)，使電(dian)機(ji)逐步實現了小(xiao)型化、率、低噪聲和更高(gao)的(de)(de)可靠性。

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