BLDC（Brushless Direct Current，無(wú)刷直流）電機(jī)克服了有刷直流電機(jī)的先天性缺陷，以電子換向器取代了機(jī)械換向器，具有體積小、重量輕、噪聲小、轉(zhuǎn)矩特性好、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)，在家電、汽車、工業(yè)、航空等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

近日，德州儀器（TI）推出業(yè)內(nèi)先進(jìn)的70W無(wú)刷直流（BLDC）電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，用于提供無(wú)需編程、無(wú)傳感器的梯形和磁場(chǎng)定向控制（FOC），產(chǎn)品編號(hào)為MCF8316A和MCT8316A。

其中，MCF8316A為無(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；MCT8316A為無(wú)傳感器梯形控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可以達(dá)到最大3.5kHz的電機(jī)頻率，比任何其他無(wú)需編程的無(wú)傳感器電機(jī)驅(qū)動(dòng)器都快，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)。

解決BLDC電機(jī)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)難題

在電機(jī)領(lǐng)域，交流感應(yīng)電機(jī)是應(yīng)用廣泛的“傳統(tǒng)電機(jī)”之一，在包括洗衣機(jī)、吸塵器、風(fēng)扇在內(nèi)的“旋轉(zhuǎn)型家電產(chǎn)品”中有著很長(zhǎng)的應(yīng)用歷史。交流感應(yīng)電機(jī)的工作原理是將轉(zhuǎn)子置于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，獲得一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，因而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。

在實(shí)際應(yīng)用中，交流感應(yīng)電機(jī)會(huì)有功率因數(shù)滯后，輕載功率因數(shù)低，調(diào)速性能稍差等缺點(diǎn)，因此目前家電的設(shè)計(jì)正在從交流感應(yīng)電機(jī)向BLDC電機(jī)過(guò)渡。TI電機(jī)驅(qū)動(dòng)器業(yè)務(wù)部門總經(jīng)理Kannan Soundarapandian表示，從交流感應(yīng)電機(jī)過(guò)渡到BLDC電機(jī)可降低功耗，同時(shí)也帶來(lái)了挑戰(zhàn)，包括延長(zhǎng)了設(shè)計(jì)周期，增加了電路板尺寸，以及提高了系統(tǒng)成本。

他指出，對(duì)于上述挑戰(zhàn)，TI 70W BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了專門的優(yōu)化。

為了解決研發(fā)周期長(zhǎng)這一挑戰(zhàn)，TI 70W BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器不需要編程，不需要軟件開發(fā)的周期。當(dāng)然，針對(duì)這一性能優(yōu)化，Kannan Soundarapandian也直言：“固定的軟件意味著已經(jīng)編好不能再改變，所以它帶來(lái)的問(wèn)題是很難優(yōu)化性能。同時(shí)，在產(chǎn)品的一致性上，要把一個(gè)電機(jī)控制好，除了算法，和電機(jī)本身也是有一定關(guān)系。”

針對(duì)電路板尺寸增加這一點(diǎn)，TI 70W BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了一項(xiàng)創(chuàng)新。過(guò)往，在設(shè)計(jì)BLDC電機(jī)系統(tǒng)時(shí)，由于系統(tǒng)比較復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)至少包含三個(gè)部分：MCU、MOSFET功率器件、門級(jí)驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)人員需要的硬件電路板、器件會(huì)非常多，電路板尺寸也會(huì)變大。TI 70W BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將驅(qū)動(dòng)部分全部集成在一款芯片里，周邊的器件由28個(gè)降低為10個(gè)，電路板尺寸降低70%。

通過(guò)Kannan Soundarapandian的描述，TI 70W BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)于系統(tǒng)成本的降低主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先是器件集成大幅降低了外圍器件的成本消耗，包括相應(yīng)的材料成本；其次是由于無(wú)需編程，大大降低了客戶的開發(fā)周期。

在此他特別舉例稱，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一個(gè)資深的電氣工程師要去調(diào)諧一個(gè)電機(jī)需要花費(fèi)數(shù)周或數(shù)月，借助我們的新品，可以把這個(gè)時(shí)間縮短到10分鐘。

讓家用電器擁有更好的性能

TI 70W BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器一個(gè)主要的應(yīng)用領(lǐng)域就是家用電器，比吹風(fēng)機(jī)、水泵、風(fēng)扇、吸塵器等。在家電領(lǐng)域，尤其是小家電方向，噪音是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，TI 70W BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)此進(jìn)行了專門的優(yōu)化。


Kannan Soundarapandian指出，在廚房一開攪拌機(jī)聲音非常大，能夠達(dá)到100dBA，基本我們身邊的家電都會(huì)發(fā)出噪聲，如何改善是一個(gè)重要的課題。TI享有專利的精密自動(dòng)死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償可降低現(xiàn)有應(yīng)用中的噪聲；器件在驅(qū)動(dòng)筆記本電腦風(fēng)扇時(shí)，可將噪聲降低多達(dá)2 dBA。


在實(shí)現(xiàn)方式上，MCF8316A中便包括這項(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，使工程師能夠優(yōu)化電機(jī)聲學(xué)性能。MCT8316A包括不同的梯形控制技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以使用這些技術(shù)來(lái)降低電機(jī)噪聲。

同時(shí)，TI 70W BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器還能夠加快系統(tǒng)響應(yīng)。在這方面，Kannan Soundarapandian介紹稱，由于采用了實(shí)時(shí)控制，TI 70W BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以為掃地機(jī)器人等需要快速實(shí)時(shí)控制的應(yīng)用提供高達(dá)3.5 kHz的電機(jī)速度。比如說(shuō)如果我們驅(qū)動(dòng)一個(gè)BLDC電機(jī)，它是單極性的，3.5kHz的電機(jī)速度事實(shí)上已經(jīng)對(duì)應(yīng)到差不多21萬(wàn)轉(zhuǎn)。這種高速的輸出功能對(duì)吸塵器或者無(wú)人機(jī)等等器件都是非常重要的功能。

當(dāng)然，Kannan Soundarapandian也強(qiáng)調(diào)說(shuō)，因?yàn)門I 70W BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部集成的功能很多，非常適用于各種不同的電機(jī)，因?yàn)樗梢蕴崛〔煌碾姍C(jī)參數(shù)。所以，對(duì)于水泵、油泵、風(fēng)機(jī)等非常多的應(yīng)用領(lǐng)域都可以廣泛地應(yīng)用到。