安森美電機設(shè)計發(fā)展趨勢及創(chuàng)新方案

隨著節(jié)能成為全球范圍關(guān)注的焦點，電機設(shè)計的能效也日益成為一個引人關(guān)注的問題。電機驅(qū)動產(chǎn)品不斷配合行業(yè)發(fā)展的趨勢，幫助設(shè)計人員提升能效、降低能耗、提高可靠性、減少元件數(shù)量等等，在實現(xiàn)節(jié)能方面發(fā)揮著積極的作用。

電機市場發(fā)展趨勢

歷經(jīng)百年的發(fā)展，電機的應用領(lǐng)域已非常廣泛。安森美半導體的電機驅(qū)動產(chǎn)品覆蓋的汽車及工業(yè)等領(lǐng)域的應用，正是電機市場主要趨勢的一個縮影。

首先是汽車電氣化的趨勢，即汽車制造商用集成的高能效電機替代傳統(tǒng)內(nèi)燃引擎動力，通常是用無刷直流(BLDC)電機替代皮帶和齒輪驅(qū)動，用于引擎蓋下的輔助元件，如泵、閥、供暖及空調(diào)、風扇等。由于BLDC電機具有相當優(yōu)異的性能，也開始進入傳統(tǒng)上采用有刷直流(BDC)電機方案的其他應用。

另一個趨勢是應用裝配率的提升增加了電機的安裝數(shù)量，如電機化供暖通風空調(diào)(HVAC)氣瓣控制(主要用于有刷直流及單極步進電機)也開始應用于較低端汽車的HVAC系統(tǒng)。

BLDC電機在工業(yè)及電信中的應用也越來越普遍。典型應用包括風扇、鼓風機、泵及壓縮機。BLDC電機的能效比交流電機或開關(guān)磁阻電機更高。BLDC電機能實現(xiàn)低成本變速應用，特別是用于集成了無傳感器換相算法，從而能夠省卻外部傳感器。

節(jié)能趨勢對電機驅(qū)動應用的新要求

能源成本通常是電機整個壽命周期成本最主要的部分。因此，采用更高效的電機可以節(jié)約大量能源。

節(jié)能趨勢對電機驅(qū)動的新要求包括幾個方面，其一，能效是由所選擇的電機技術(shù)及電機結(jié)構(gòu)決定的，因此要求選擇能將電能轉(zhuǎn)換為機械能的比例提升至最高的電機。其次，要選擇可以將驅(qū)動器的功耗降至最低并提高能效的驅(qū)動電路。其三，要通過提升電機驅(qū)動智能來實現(xiàn)優(yōu)化的能耗方案。

此外，一些應用還要求系統(tǒng)中不使用有刷電機(使用步進或無刷直流電機);而使用無傳感器換相(不使用電位計或霍爾傳感器反饋)、嵌入運動控制算法(用于低動力應用)，將能效提到最高，降低可聽噪聲，改善電磁干擾(EMC)性能等。另外，還有一些應用需要將驅(qū)動電路與電機緊鄰布設(shè)在機電致動器上，并通過總線 (LIN、I2C等)連接至中央控制單元。

安森美半導體提高電機設(shè)計能效的創(chuàng)新解決方案

在快速、精確及動態(tài)的動作控制應用中，步進電機是越來越普及的一種選擇。隨著電機技術(shù)的發(fā)展，智能驅(qū)動器/控制器專用標準產(chǎn)品(ASSP)也涌現(xiàn)出來，能夠高效地驅(qū)動這些電機。這些器件為設(shè)計人員提供了更加靈活的方案，開創(chuàng)了創(chuàng)新功能的空間，并發(fā)現(xiàn)了許多新的應用。

1. 雙極步進電機驅(qū)動及控制器

安森美半導體開發(fā)的AMIS-3062x系列的AMIS-30623就是高效驅(qū)動機電致動器中的雙極步進電機的驅(qū)動及控制器。這款產(chǎn)品嵌入了專用有限狀態(tài)機及針對先進前照燈系統(tǒng)(AFS)系統(tǒng)要求定制的本地互連網(wǎng)絡(LIN)指令集。該器件集成了非傳感控制檢測功能，能提高可靠性，減少元件數(shù)量和板上空間，降低產(chǎn)品成本。AMIS-30623專為遠程及多軸定位應用而設(shè)計，非傳感控制檢測功能的設(shè)計者能輕易完成精確的定位校準及半封閉式的循環(huán)操作。

AMIS-30623的LIN接口使其適用于需要連接遠程LIN主機的機械電子解決方案。這款產(chǎn)品的目標應用包括前照燈級測量、自動HVAC設(shè)計、監(jiān)控攝像頭控制、專業(yè)照明設(shè)備及工業(yè)機器人等。AMIS-30623的工作溫度均為-40℃至125℃，可傳輸高達800 mA的可編程電流。芯片上的定位控制器可依監(jiān)控類型、定位范圍和參數(shù)的不同而修改配置。這款產(chǎn)品還具備電流保持特性。圖1是AMIS-30623的框圖。

安森美半導體的AMIS-30624步進電機驅(qū)動器也可用于可移動式拍攝全景-上下擺動-放焦變大(PTZ)保安攝像機應用。該器件通過I2C總線以簡單的微控制器驅(qū)動3個電機。該拓撲結(jié)構(gòu)支持極緊湊的攝像機設(shè)計，有助于降低成本及提供精確的工作。

AMIS-3062x單芯片解決方案的核心是一個數(shù)字運動控制器和一個H橋布局的50mA至800mA雙極兩相步進電機驅(qū)動器。這種驅(qū)動器提供微步進 (micro-stepping)操作，因此不再需要在速度、噪聲和共振導致的失步(step loss)之間進行權(quán)衡。運動控制器提供可編程峰值電流，采用20kHz PWM電流控制方案。它還集成了系統(tǒng)通信接口，有LIN或I2C接口可供選擇。在包括汽車工業(yè)在內(nèi)的遠程或分布式應用中，LIN架構(gòu)可以減少布線和改善 EMC性能。配有I2C的器件更適合在獨立PCB上與本地微處理器一起用作外圍設(shè)備。

該系列器件的主要優(yōu)點是，所有針對應用的運動控制功能都可以在廠內(nèi)進行預編程，明顯減少了工程師的編碼工作。如果選擇器件的閃存版本，還可以在開發(fā)應用及之后測試和調(diào)試軟件時進行再編程。這將顯著加快設(shè)計更新的速度。