作者：Maurizio Di Paolo Emilio

在汽車和工業(yè)系統(tǒng)創(chuàng)新以及生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步的推動下，伺服驅(qū)動器，電動機(jī)以及控制它們的設(shè)備代表了持續(xù)的增長機(jī)會。到2022年，汽車和運(yùn)輸行業(yè)預(yù)計(jì)將在伺服電動機(jī)和驅(qū)動器銷售中占最大份額，無論是在數(shù)量上還是在價(jià)值上。伺服驅(qū)動器，控制器和電動機(jī)的需求仍然旺盛，以幫助公司提高工業(yè)設(shè)置效率。

飛行員和速度/轉(zhuǎn)矩控制的要求和技術(shù)因電動機(jī)類型而異，從簡單控制直流電動機(jī)和通用電動機(jī)中的電壓和電流到使用交流電動機(jī)逆變器，無刷電動機(jī)中不同相位的反饋切換以及復(fù)雜的數(shù)字電路步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動順序。即使對于傳統(tǒng)的模擬電動機(jī)（例如感應(yīng)和開關(guān)磁阻類型），如今，傳統(tǒng)的模擬技術(shù)也伴隨著越來越復(fù)雜的數(shù)字控制方法，從而可以以低成本實(shí)現(xiàn)解決方案。使用微電子設(shè)備可以更好地控制速度，位置和扭矩，并提高效率。

圖1：電機(jī)控制IC的框圖（圖片：Maxim Integrated）

電機(jī)控制電路必須以最小的開關(guān)損耗或?qū)〒p耗快速激活和停用電機(jī)線圈中的電流。MOSFET和絕緣柵雙極晶體管（IGBT）均可滿足一系列應(yīng)用中的電機(jī)控制需求。這些電可控設(shè)備的功能和屬性相似，并且其內(nèi)部設(shè)計(jì)中存在重疊的區(qū)域。在大多數(shù)應(yīng)用中，它們以H橋配置使用，以控制流向兩個(gè)或多個(gè)電動機(jī)線圈的電流路徑。這樣就可以完全控制電動機(jī)的速度和方向（圖1）。

電動馬達(dá)概述

每個(gè)包含電機(jī)或機(jī)械驅(qū)動要求的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，都必須評估是使用連續(xù)電流設(shè)計(jì)還是步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)。在連續(xù)電動機(jī)中，使用永磁體或繞組在定子中產(chǎn)生靜磁場。轉(zhuǎn)子由線圈組成，電流通過石墨電刷到達(dá)，石墨電刷壓在旋轉(zhuǎn)軸上的歧管上。電流流過連續(xù)的繞組以保持旋轉(zhuǎn)。

交流電動機(jī)可以是同步或異步的。在異步電動機(jī)，也稱為感應(yīng)電動機(jī)中，定子繞組布置成產(chǎn)生近似正弦分布。同步電動機(jī)包括無刷直流和交流電動機(jī)以及開關(guān)磁阻電動機(jī)，以及由正弦電壓源供電的電動機(jī)。

在無刷電動機(jī)中，轉(zhuǎn)子具有永磁體，并且位于定子上的繞組由控制電子設(shè)備以適當(dāng)?shù)捻樞蚬╇?。無刷直流電動機(jī)由不同定子繞組上連續(xù)信號的切換序列驅(qū)動。無刷交流電動機(jī)可以制成帶有永磁體的同步交流電動機(jī)。在這種情況下，它們由正弦信號驅(qū)動。沒有電刷通過消除摩擦源來提高效率。開關(guān)中沒有機(jī)械部件，可以實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)速。

步進(jìn)電動機(jī)是由直流電驅(qū)動的無刷同步電動機(jī)。轉(zhuǎn)子在特定位置保持靜止。步進(jìn)電機(jī)可以非常精確地旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子軸幾度，而無需使用傳感器來檢測角度位置。

關(guān)鍵參數(shù)

與大多數(shù)電子組件一樣，一些主要的性能參數(shù)和特定的性能參數(shù)決定了設(shè)備與應(yīng)用程序之間的初始對應(yīng)關(guān)系。電動機(jī)控制設(shè)備的主要參數(shù)是電流和電壓管理值，因?yàn)檫@些值確定特定零件是否可以滿足電動機(jī)負(fù)載要求。

對于MOSFET，下一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是導(dǎo)通電阻（RDS（on））和柵極電容。較低的導(dǎo)通電阻可降低導(dǎo)通期間的電阻損耗和電壓降，從而降低功耗并提高效率。門的容量決定了當(dāng)前頻率以及在所需的過渡時(shí)間（開關(guān)速度）下完全激活和停用門所需的速度。對于IGBT，下一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是壓降（Vdrop），它是二極管通過PN結(jié)和內(nèi)部MOSFET的貢獻(xiàn)之和。溫度和電流水平會影響RDS（on）和Vdrop參數(shù)。

通常，MOSFET提供更高的開關(guān)速度（以兆赫茲為單位）和更高的峰值電流。IGBT的電流值約為10 A，具有堅(jiān)固性，但開關(guān)速度較慢。對于電機(jī)控制應(yīng)用，基本準(zhǔn)則是：對于較低的電壓和電流以及較高的開關(guān)頻率，MOSFET是更好的選擇，而在較高的電壓/電流和較低頻率下，IGBT是更好的選擇。

編輯：hfy