無(wú)刷直流電機(jī)集成更多功能，讓電機(jī)更進(jìn)步

相對(duì)于有百年歷史的有刷電機(jī)而言，無(wú)刷直流電機(jī)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(duì)于它們穩(wěn)定且不斷增加的受歡迎程度，正成為一個(gè)新的熱潮。

就在兩年前，無(wú)刷直流電機(jī)還遠(yuǎn)比有刷電機(jī)昂貴。但受惠于設(shè)計(jì)技術(shù)和材料技術(shù)的進(jìn)步，其價(jià)格急劇降低。如今，兩種電機(jī)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(jì)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(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，因?yàn)椤案蓛簟钡墓ぷ鳝h(huán)境并不是最重要的。但現(xiàn)在，由于成本門檻的降低，無(wú)刷電機(jī)不斷獲得新的應(yīng)用。

有刷和無(wú)刷電機(jī)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(guò)去一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，有刷直流電機(jī)的換向一直是通過(guò)石墨電刷與安裝在轉(zhuǎn)子上的環(huán)形換向器相接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

而無(wú)刷電機(jī)則通過(guò)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(jī)相位換向(順序) 的準(zhǔn)確時(shí)間。大多數(shù)無(wú)刷電機(jī)生產(chǎn)商生產(chǎn)的電機(jī)都具有三個(gè)霍爾效應(yīng)定位傳感器。由于無(wú)刷電機(jī)沒(méi)有電刷，故也沒(méi)有相關(guān)接口，因此更高效，噪聲更小，平時(shí)使用也無(wú)需深度的維護(hù)，壽命更長(zhǎng)。

那么，還有什么是有待更進(jìn)一步的呢？盡管電機(jī)業(yè)對(duì)無(wú)刷電機(jī)優(yōu)勢(shì)的認(rèn)識(shí)日益加深，但迄今工作仍只限于開發(fā)上述的無(wú)刷電機(jī)霍爾傳感器控制電子元件。

目前對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)盒和電機(jī)驅(qū)動(dòng)卡開發(fā)的需求十分急迫，它們能為設(shè)計(jì)人員提供微控制器、可編程能力和驅(qū)動(dòng)器，并把所有這些功能都集成在一個(gè)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(jī)應(yīng)用必需的換向。沒(méi)有這種集成，無(wú)刷電機(jī)就不起作用。

在選擇最佳驅(qū)動(dòng)器時(shí)，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(dòng)器的選擇僅取決于效率。線性電路的缺點(diǎn)在中端開始突顯，此時(shí)輸出電平為50%左右。在這種輸出電平時(shí)，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(jiǎn)言之，當(dāng)以中等功率等級(jí)驅(qū)動(dòng)電阻式負(fù)載時(shí)，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(gè)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(dòng)信號(hào)。從一個(gè)電氣狀態(tài)切換到另一個(gè)狀態(tài)的過(guò)程，也就是OFF和ON之間的變化，被稱為“調(diào)制”，這也是這項(xiàng)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(jī)開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，占空比通常隨之增加，直至電機(jī)達(dá)到應(yīng)用所需的速度和/或轉(zhuǎn)矩為止。問(wèn)題仍然是，還有什么是有待更進(jìn)一步的呢？

具有控制無(wú)刷電機(jī)所必需的特定功能的微控制器，以及向電機(jī)提供能源并構(gòu)成微控制器與無(wú)刷電機(jī)之間接口的PWM IC驅(qū)動(dòng)器已開始問(wèn)世。但為了向設(shè)計(jì)人員提供他們眼下迫切需要的集成式無(wú)刷控制電路功能，該領(lǐng)域仍有大量工作有待完成。