實現(xiàn)更高效運行，直流電機對驅(qū)動技術(shù)有何要求

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）直流電機在我們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用廣泛，小到日用家電，大到工業(yè)汽車設(shè)備，都有著大量直流電機的應(yīng)用。對直流電機進行一個大致的分類，有著繞組磁場直流電機和永磁磁場直流電機兩大類，永磁磁場直流電機里就有著我們十分熟悉的有刷和無刷直流電機。

有刷直流電機和無刷直流電機

二者作為老生常談的電機類型，二者最大的差別就在電刷上，有刷直流電機使用永磁力作為定子，線圈繞在轉(zhuǎn)子上，通過碳刷與換向器機器的機械作用傳輸能量，這是它被叫有刷直流電機的原因，而無刷直流電機轉(zhuǎn)子和定子間沒有換向器這樣一個機械部件。

有刷電機是線圈由于電刷和換向器的連接狀態(tài)、電流和磁場的產(chǎn)生、以及固定磁體和線圈外側(cè)的極性關(guān)系而沿相同方向持續(xù)運動，從而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。無刷直流電機通過不同線圈的電流流入和流出使磁場發(fā)生變化，從而使外側(cè)磁體轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。有刷電機與無刷電機在如今高能效電機發(fā)展的趨勢下發(fā)展截然不同。

有刷直流電機的式微，一是由于高性能功率器件作為電機的開關(guān)在控制方式上更加實用、更加經(jīng)濟可靠，取代了有刷電機的優(yōu)勢，二是無刷直流電機沒有刷子磨損，在電氣噪聲和機械噪聲、能效、可靠性、壽命上更具優(yōu)勢。

不過有刷電機依然是低成本應(yīng)用的可靠選擇，配置合適的控制器、開關(guān)，就可以實現(xiàn)很好的性能。加之幾乎不需要電子控制裝置，所以整個電機控制系統(tǒng)會相當(dāng)便宜。此外，還能節(jié)省配線和連接器所需的空間，并降低電纜和連接器的成本，在對能效沒有要求的應(yīng)用上性價比很高。

直流電機與驅(qū)動

電機和驅(qū)動是密不可分的，尤其是近年來市場的變化對電機驅(qū)動提出了更高的要求。首先就是在可靠性的高要求，各種保護功能是必備的，還會要求內(nèi)置電流限制以便在電機啟動、強制停止或堵轉(zhuǎn)時控制電機的電流，這些都是在可靠性上的增強。

通過速度控制和相位控制實現(xiàn)的電機旋轉(zhuǎn)數(shù)字控制技術(shù)，以及執(zhí)行器要求的高精度定位控制技術(shù)等高效驅(qū)動控制算法，對于高性能電機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)而言是不可或缺的。這就需要有設(shè)計人員可輕松使用的高效驅(qū)動控制算法。

而且現(xiàn)在很多廠商都會直接將算法硬件化，再應(yīng)用在驅(qū)動IC上，設(shè)計人員使用起來也更加方便，便捷的驅(qū)動設(shè)計現(xiàn)在更受青睞。

穩(wěn)定也是需要驅(qū)動技術(shù)的支持的，驅(qū)動波形的優(yōu)化對減少電機噪聲和振動有著很大影響，適合各種電機磁路的激勵驅(qū)動技術(shù)能大幅減少電機工作時的穩(wěn)定性。此外，就是驅(qū)動對于更低功耗更高效率的持續(xù)追求。

直流電機很典型的驅(qū)動方式半橋驅(qū)動的作用就是通過功率管產(chǎn)生交流電觸發(fā)信號，從而產(chǎn)生大電流進一步驅(qū)動電機。相比于全橋，半橋驅(qū)動電路成本偏低，電路也更容易形成，半橋電路在振蕩轉(zhuǎn)換之間容易使波形變壞，產(chǎn)生干擾。全橋電路成本高更復(fù)雜一些，也不容易產(chǎn)生瀉流。

現(xiàn)在很流行的PWM驅(qū)動，在直流電機里已經(jīng)是應(yīng)用得很廣泛的驅(qū)動方案，其中一個原因就是它可以減少驅(qū)動電源的功耗而應(yīng)用越來越廣泛?，F(xiàn)在很多電機PWM方案在提高寬占空比，提升頻率覆蓋，以及降低功耗這些方面都做到了很高的水平。

有刷電機在進行PWM驅(qū)動時開關(guān)損耗會隨著PWM頻率升高而增加，通過增加頻率來減輕電流紋波時，需要權(quán)衡頻率與效率。無刷電機的正弦波激勵PWM驅(qū)動在效率上也是出彩的方案，雖然會比較復(fù)雜。

小結(jié)

隨著終端市場的功能需求變化，直流電機在性能、能效上的要求正在逐漸提高。不管應(yīng)用有刷直流電機還是無刷直流電機，都需要根據(jù)場景需要來選擇合適的驅(qū)動技術(shù)，來實現(xiàn)更可靠更平穩(wěn)更高效的電機運行。