電機(jī)的發(fā)展歷史已超過(guò)百年，亦已成為能源消耗的“大頭”。隨著能效要求的逐年走高，以及對(duì)電機(jī)噪音降低的持續(xù)要求，提升效率成為電機(jī)業(yè)持續(xù)進(jìn)階的主題。不止是電機(jī)要“改頭換面”，相應(yīng)地驅(qū)動(dòng)器亦要革新應(yīng)對(duì)。

向BLDC電機(jī)轉(zhuǎn)變 面臨三大挑戰(zhàn)

談及電機(jī)驅(qū)動(dòng)，德州儀器 (TI) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器業(yè)務(wù)部門總經(jīng)理Kannan Soundarapandian認(rèn)為有兩大主題，一是對(duì)降低噪音的要求越來(lái)越高。如在家居領(lǐng)域，目前流行 “開(kāi)放性空間設(shè)計(jì)”，這意味著在開(kāi)放空間放置眾多的家電產(chǎn)品，包括廚房電器、冰箱、抽油煙機(jī)以及洗衣機(jī)等等，如果噪音都交織在一起，空間環(huán)境會(huì)變得很差。二是全球有45%的能量被電機(jī)消耗，各國(guó)為綠色能源大計(jì)都發(fā)布了嚴(yán)格的能耗值，對(duì)電機(jī)能效的要求不斷走高。

因而，Kannan Soundarapandian認(rèn)為，這將促進(jìn)電機(jī)從交流感應(yīng)電機(jī)過(guò)渡到更節(jié)能的BLDC電機(jī)的趨勢(shì)。據(jù)悉，BLDC無(wú)刷直流電機(jī)憑借其體積小、噪音小、效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，在家用電器、工業(yè)、汽車等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。預(yù)計(jì)2022年BLDC電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)197.6億美元左右。

盡管BLDC電機(jī)有諸多優(yōu)勢(shì)，但電機(jī)控制方案的挑戰(zhàn)依然巨大。Kannan Soundarapandian介紹，一是系統(tǒng)控制非常復(fù)雜，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，提高了開(kāi)發(fā)成本；二是系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，如設(shè)計(jì)BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器需類似變頻器的電路板，做電流采樣、開(kāi)關(guān)器件切換等等，增加了電路板尺寸；三是提高了系統(tǒng)成本等挑戰(zhàn)。

具體來(lái)看，BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)必須要包含MCU、MOSFET、門級(jí)驅(qū)動(dòng)。Kannan Soundarapandian提到，如果是全分立方案，即MCU搭配門級(jí)驅(qū)動(dòng)電路，然后加一些分立的MOSFET，一般需要28個(gè)器件；如果是集成式柵極驅(qū)動(dòng)器方案，或是集成式FET方案，器件數(shù)量與面積會(huì)進(jìn)一步減小，但總體來(lái)說(shuō)提升有限。

有沒(méi)有新方案能將 BLDC電機(jī)面臨的上述挑戰(zhàn)逐一擊破呢？

創(chuàng)新電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 各個(gè)擊破

穩(wěn)扎穩(wěn)打、不破不立的德州儀器 (TI)，適時(shí)推出了新型70W無(wú)刷直流 (BLDC) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，即無(wú)需編程無(wú)傳感器的梯形和磁場(chǎng)定向控制控制器MCT8316A和MCF8316A。

有的放矢，這兩大器件也絕技傍身。

Kannan Soundarapandian介紹說(shuō)，通過(guò)一系列獨(dú)特的換向控制算法，無(wú)需開(kāi)發(fā)、維護(hù)和驗(yàn)證電機(jī)控制軟件，從而減少數(shù)周的設(shè)計(jì)時(shí)間。此外，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器集成了無(wú)傳感器技術(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)子位置，因此無(wú)需外部霍爾傳感器，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)成本并提高了可靠性。

此外，MCF8316A無(wú)傳感器磁場(chǎng)定向控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可智能地提取電機(jī)參數(shù)，使設(shè)計(jì)人員能夠快速調(diào)優(yōu)電機(jī)，同時(shí)提供一致的系統(tǒng)性能，而不受電機(jī)制造差異的影響。通過(guò)MCT8316A無(wú)傳感器梯形控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，設(shè)計(jì)人員僅需五個(gè)硬件引腳即可對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)優(yōu)。由于無(wú)需微控制器接口，因此可簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

在降噪性能層面也各有突破。Kannan Soundarapandian談到，常見(jiàn)的電機(jī)降噪技術(shù)主要包括：通過(guò)吸音系統(tǒng)阻止噪聲傳播，利用聲學(xué)的方法改變聲音，或者從源頭上避免產(chǎn)生噪聲。而TI新電機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供先進(jìn)的實(shí)時(shí)控制功能，致力于從源頭上避免噪音的產(chǎn)生。MCF8316A采用一項(xiàng)獲得專利的精密自動(dòng)死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償技術(shù)，可補(bǔ)償電流失真，優(yōu)化電機(jī)噪聲。MCT8316A則提供不同的梯形控制技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可使用這些技術(shù)來(lái)降低電機(jī)噪聲。

加快系統(tǒng)響應(yīng)也是其優(yōu)勢(shì)之一。Kannan Soundarapandian解釋說(shuō)，兩大器件可提供快速且受控的方式來(lái)主動(dòng)降低電機(jī)速度，從而以比傳統(tǒng)電機(jī)控制技術(shù)快50%的速度關(guān)停電機(jī)。此外，這些器件可在關(guān)停電機(jī)時(shí)將能量有選擇地泵回電源軌，從而保護(hù)系統(tǒng)免受損壞。

更加值得一提的是，MCF8316A和MCT8316A器件集成了三個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器和六個(gè)高側(cè)和低側(cè)MOSFET，每個(gè)均具有50mΩ的導(dǎo)通電阻。同時(shí)還集成了例如低壓降（LDO）穩(wěn)壓器、直流/直流降壓穩(wěn)壓器和電流檢測(cè)放大器等元件，通過(guò)集成實(shí)時(shí)控制功能和包括MOSFET在內(nèi)的多達(dá)18個(gè)分立式元件，將周邊的器件由28個(gè)減少為10個(gè)，縮小了高達(dá)70%的布板空間。

在諸多優(yōu)勢(shì)疊加之下，對(duì)客戶帶來(lái)的利好是顯而易見(jiàn)的。不僅可減少數(shù)月或數(shù)周的設(shè)計(jì)時(shí)間，縮小占板空間，而且電機(jī)還可實(shí)現(xiàn)出色的噪聲降低和實(shí)時(shí)響應(yīng)性能，整體能效也提高了10%-15%。Kannan Soundarapandian自豪地說(shuō)，市場(chǎng)上很少有產(chǎn)品能像 MCF8316A 一樣如此高度集成，此外也沒(méi)有其他集成控制器解決方案可實(shí)現(xiàn)70W的功率傳輸。

可以預(yù)見(jiàn)，兩大新型電機(jī)驅(qū)動(dòng)器也將驅(qū)動(dòng)TI實(shí)現(xiàn)新的“成就”。Kannan Soundarapandian最后表示，TI將繼續(xù)擴(kuò)展的BLDC產(chǎn)品組合，包括控制器、驅(qū)動(dòng)器和符合汽車安全等級(jí)認(rèn)證的柵極驅(qū)動(dòng)器等產(chǎn)品。憑借可在任何電壓下提供超高功率密度的廣泛產(chǎn)品組合，助力客戶快速實(shí)現(xiàn)平滑、準(zhǔn)確的電機(jī)控制。