如何将您的应用合算地过渡到无刷直流电机

各种半导体集成技术为基于同步电机的分布式智能小型驱动解决方案提供了层出不穷的应用机会。这些同步电机包括了无刷直流电机(BLDC)、永磁同步电机(PMSM)和步进电机。由于它们的技术优势和不断提高的效率，这些电机正在替代许多现有应用中的有刷电机。汽车就是一个很好的例子。

典型的汽车元件必须满足低系统成本、小型化、轻型化和可靠的要求，并具有很高的效率。减少尾气排放和降低燃料消耗也很重要。与宽范围电机一起工作的驱动概念的需求以及对效率、系统设计和联网选项的特殊要求，对执行器电路有很大的影响。

 

无刷直流电机市场

 

美国有大量的无刷直流电机(BLDC)制造商。大多数公司仍然专注于有刷直流电机、步进电机等电机技术，但其中许多公司已经将BLDC电机作为新产品开发的基础。虽然市场上有许多BLDC电机制造商，特别是微型BLDC电机的制造商，但市场上并没有很多一体化的控制电子解决方案。能够制造内置智能电路的BLDC电机而且采用低成本方法的公司在市场上仍是凤毛麟角。

 

BLDC电机技术的普及率正在提升。许多汽车功能，比如油泵或水泵、采暖通风与空调(HVAC)、弯道照明、头灯调节等等，都在从有刷直流电机或步进电机技术转换为BLDC电机技术。是的，这并不能说明所有有刷直流电机或步进电机都将转换为BLDC电机技术。但与电机本身价格相比电机控制电路价格太贵的主流观点正在日益消退。另外，BLDC电机优势可以显著增强其它系统属性(参考表1)。因此，一场智能电机控制的革命大幕即将开启。

 

无刷直流电机的优势

 

与其它竞争性的电机技术相比，无刷直流电机有诸多优势，见表1所示。

 

表1，无刷直流电机优势小结

 

从有刷直流电机转换为无刷直流电机面临的问题？

 

观察包括有刷直流电机(BDC)在内的运动控制系统会很明显地发现，控制的复杂性要低于无刷电机(BLDC)电机。简言之，你只需要给有刷电机加上电，它就可以开始工作了。在BLDC电机控制系统方面缺乏经验的工程师经常害怕他们会难以转到BLDC电机技术，即使他们知道BLDC的优势所在。这种系统的复杂电路和编程被认为是拦路虎。另外，由于电子换向而导致的较高系统成本也经常被认为是影响BLDC普及的一个因素。

 

然而，从有刷电机转换到无刷电机并没有想象中那么困难。借助Micronas公司HVC 4223F单芯片解决方案，电路可以做得相当简单。

 

下面这个例子概括介绍了一种解决方案，这种方案只需包括HVC4223F在内的13个元件。如果系统已经包含有PCB，那么对物料清单(BOM)的影响是不大的。在许多情况下，我们可以使用更小的电机，因为这些电机具有更高的效率。执行器也可以更小，从而进一步减小物料成本(电机、外壳和齿轮等)。另外，在某种程度上，采用HVC4223F设计的BLDC控制系统在经过编程后，可以使它从外面看就好像是有刷电机一样——只需连接VBAT和地提供电源即可。因此，现有的运动控制系统无需改变完整的系统设计就能升级。而从长期来看，这种系统还可以进一步改进，比如增加联网功能和/或诊断功能等。消费者不必从头开始做软件开发，因为现有的应用笔记和演示软件可以提供足够的功能。

 

旨在实现最高系统集成度和灵活驱动系统的单芯片架构

 

新的Micronas高压控制器(HVC)允许使用采用高集成度电机驱动电路的系统达到现代永励直流电机的性能。HVC 4223F是一款集成的微型计算机系统，含有可直接驱动PMSM/BLDC电机和双极步进电机所必要的外设模块。这些外设模块的编程功能和用户定义的软件允许最佳匹配不同驱动系统的性能和属性。

 

由于使用了低功耗/重量比(W/kg)的PMSM/BLDC电机，驱动解决方案的集成度越来越高，因此影响到功耗(功率/热管理)、驱动电路的灵活性和所选的驱动，以及诊断选择。高集成度的电路要求通过特定目标功耗管理来适应热工作条件。新的HVC系列提供的许多功能正好支持这种适应性。

 

针对不同应用和工作模式调整的电机激活

 

在汽车执行器中不同驱动概念的使用要求方便地适应电机电源电桥和桥的激活方式。HVC 4223F通过可配置的最终输出级、高集成度和可编程的外设模块以及功能强大的ARMCortex?-M3?内核来精准地解决这个问题。HVC 4223F中集成了6个n/n半桥(包括充电泵)。通过适当的输出引脚电路布线和软件配置，这些半桥可以很好地适应电机类型。