Qorvo助力解決無刷直流電機設計挑戰(zhàn)

試著回想一下，有沒有哪一刻您沒有使用過任何類型的電機?從家中的吊扇到汽車的車窗，再到醫(yī)院里精密的手術(shù)器械——電機已成為現(xiàn)代技術(shù)的基石，消耗了世界上一半以上的電力。提高能效可以顯著降低全球電力需求，而性能最佳的電機則配備了智能控制。

Qorvo公司應用工程師José Qui?ones在其2024年的白皮書《無刷直流電機及其驅(qū)動器的設計挑戰(zhàn)與注意事項》中，深入探討了無刷直流(BLDC)電機所面臨的挑戰(zhàn)及其具備的優(yōu)勢?！半姍C的使用已有100到150年的歷史?！盝osé說道，“最初它們非常簡單，只需連接到電源即可工作。然而，這并不是執(zhí)行電機驅(qū)動任務的最有效方式，因此您可以想象在過去的一個世紀里，對這些電機提出了怎樣的要求。它們不得不變得更加復雜，控制它們的設備也是如此?！?/p>

“在過去的12年里，我們一直致力于將電機控制集成到單個芯片中，以使應用更加緊湊。這樣做還可以節(jié)省成本。有些應用確實需要較小的空間占用，比如電池驅(qū)動的電鉆;其所有的可用空間基本上就在您的手掌大小之內(nèi)。這就帶來了許多設計上的挑戰(zhàn)，但如果您能克服這些挑戰(zhàn)，也將獲得諸多益處?！?/p>

設計挑戰(zhàn)

初期成本

與傳統(tǒng)電機相比，BLDC電機及其驅(qū)動器的前期成本更高

集成先進的控制電子設備增加了初期投資

復雜的控制系統(tǒng)

需要復雜的控制算法來優(yōu)化性能

需要強大的處理能力和先進的軟件來優(yōu)化運行

電機選型

根據(jù)應用要求(例如連續(xù)與間歇扭矩、速度等)選擇合適的電機類型

確保與現(xiàn)有系統(tǒng)兼容并滿足性能預期

傳感器集成

決定傳感器的類型和位置，以實現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)子位置檢測

平衡不同傳感技術(shù)(如霍爾效應傳感器和光學編碼器)的成本與性能

熱管理

有效消散功率電子設備和電機運行產(chǎn)生的熱量

在不同運行條件下保持性能及使用壽命

BLDC電機的優(yōu)勢

高效能

效率可達96%以上，從而實現(xiàn)顯著的節(jié)能效果

由于耗電量減少，生命周期成本降低

使用壽命長

由于沒有電刷磨損，維護需求極低

在各種應用中經(jīng)久耐用，可靠性高

緊湊且輕便

更高的功率密度允許設計更為緊湊的電機

非常適合對空間和重量有嚴格要求的應用

性能增強

通過先進的驅(qū)動電子設備精確控制速度和扭矩

運行平穩(wěn)，扭矩紋波更小;尤其針對正弦換向

應用廣泛

適用于從小型手持工具到大型工業(yè)機械的廣泛領(lǐng)域

可與電池供電系統(tǒng)和市電供電系統(tǒng)靈活配合

Qorvo的BLDC電機控制解決方案

José表示，為充分利用這些優(yōu)勢，必須有一種方法來控制電機的不同電氣參數(shù)?！斑@一切都需要大量的細致調(diào)整，這正是電機控制器發(fā)揮作用的領(lǐng)域。在這種情況下，我們提供的電機控制器內(nèi)置了實現(xiàn)所需智能的微控制器?！?/p>

Qorvo帶來集成解決方案，以解決BLDC電機控制的挑戰(zhàn)。其推出的PAC5xxx系列電源應用控制器(PAC)集成了BLDC電機控制所需的所有必要功能：

高度集成：結(jié)合了三相門極驅(qū)動器、電源管理、模擬前端、多個通信接口和傳感器接口

可配置且可更新：允許針對特定電機進行現(xiàn)場更新和自動調(diào)整

全面保護：包括針對過流、欠壓、過壓和過溫的保護

節(jié)省空間和成本：最大限度減少對板載空間的需求以及元件數(shù)量，縮減物料清單(BOM)和組裝成本

此參考設計示例為RD5556;

展示了Qorvo的PAC5556電機控制器和

碳化硅(SiC)FET共源共柵結(jié)構(gòu)功率開關(guān)。

PAC系列簡化了BLDC電機的實施，確保了各類應用中的高性能、高效率和可靠性。

“為了安全起見，我們開發(fā)了一條新的驅(qū)動器產(chǎn)品線，具有以下兩大特點。我們將這些安全措施從軟件層面轉(zhuǎn)移到了硬件層面。借助硬件實施方式，可以快速停止電機，并通過硬件而非固件來禁用功率級。這確保了潛在的固件故障不會干擾和危及安全性。這種冗余性提高了安全性;特別對于某些安全至關(guān)重要的電動工具;例如，電鋸!”

BLDC電機盡管初始成本高、結(jié)構(gòu)復雜，但卻具有無與倫比的效率、使用壽命和性能優(yōu)勢。利用Qorvo PAC系列等集成控制解決方案來克服設計挑戰(zhàn)，各行業(yè)都可實現(xiàn)顯著的節(jié)能和運營改進。“我們的工具讓設計師的工作變得更加輕松，”José如此說道。