大比特商务网 |资讯中心 |技术论坛 |解决方案 登录 注册 |电子刊 |招聘/求职
您的位置:微电机世界网 >>技术与应用 >>新闻

半导体技术可保持有刷电机的简单性

2016-12-15 13:52:57     来源:安森美半导体        

【大比特导读】开发这些应用的工程师不仅需要胜任硬件设计及微控制器编程,还需要深入了解电机物理学来设计最大的能效到系统中。有刷电机应用设计人员通常没有这些技能,所以他们不愿意使用无刷电机。

电机到处都是,但不像灯泡,它们不是那么明显。当有无生命的物理在移动时,很可能是由一个电机驱动。这些电机驱动我们家里的冰箱、洗碗机和洗衣机。它们开门、运行手扶电梯、垂直电梯和火车送我们去工作。

想不到,有刷电机和白炽灯有许多共同点:都于19世纪发明和优化,其易用性使它们在20世纪我们的日常生活中随处可见,它们同样都受到21世纪重视能效的法规的影响。现时白炽灯已大部分消失了,但更高能效的无刷电机仍只是缓慢的替代有刷电机。这一部分是因为成本的原因,也因为实施无刷电机系统时仍有显着的技术挑战。半导体技术促使便宜但能效低的白炽灯消失,同样也可能使有刷电机走向同样的结局。

电机到处都是,但不像灯泡,它们不是那么明显。当有无生命的物理在移动时,很可能是由一个电机驱动。这些电机驱动我们家里的冰箱、洗碗机和洗衣机。它们开门、运行手扶电梯、垂直电梯和火车送我们去工作。在我们工作时它们煮咖啡、冷却电脑和运行空调。在现代汽车中,采用20至50个电机为调节车镜、前大灯和座椅、燃油泵、水泵和挡风玻璃液、以及辅助制动和转向等多种不同的功能提供动力。将来,电机甚至会负责让汽车自己移动。

在过去一个世纪,这些应用选择的电机大多是有刷电机,因为它非常易于使用。像灯泡,只要通电就工作 – 反向电压通过终端,电机将反转方向。改变电压,速度就变化。这简单性可能因为电机内的机械式开关(换向器)使它旋转。换向器由旋转铜滑环和滑动接头(称为电刷)组成,旋转铜滑环连接到旋转电机线圈,滑动接头令电流从固定电机外壳流向滑环。当电机线圈组件旋转,线圈端子滑过电刷,指示电流流过线圈,以这样一种方式保持旋转。

  
图1:有刷电机原理图

虽然换向器使有刷电机易于使用,但它也是问题的主要来源。换向器易受机械磨损,限制了电机的使用寿命。电刷磨损产生灰尘,降低电机性能。此外,当电机电流沿滑环在线圈间流动,产生电弧。这样的刷电弧产生臭氧,及造成噪声和电子辐射,可能干扰电气设备如电话、无线电和无线通信网络。在有灰尘或可燃环境中,刷弧可能非常危险,因为它可引发火灾甚至引起爆炸。换向器采用机械式电刷,也限制了电机高达70%的电能效;而无刷电机可实现高达90%的能效(如Nicola Tesla早在19世纪末显示)。如果无刷电机比有刷电机更高能效、更可靠和更环保,为什么当今有刷电机仍然如此普遍?

就像白炽灯和LED灯,以一些更复杂和昂贵的东西取代一些便宜和简单的东西,通常需要最初来自政府的强大压力,直到大规模生产把价格降下来。国际能效标准(如北美的能源之星和欧盟的生态设计)强制企业去遵守。此外,消费者越来越关注环境和节能,现在更愿意在节能产品花钱,或者是出于良心的原因,又或者是为减少电费帐单。因此,能效除了作为纯粹的法规要求,也被视为工程师将他们的产品与竞争对手区分开来的一种途径。同样,在汽车领域,汽车制造商已被要求通过不断收紧的二氧化碳排放标准提升燃油经济性。这可以许多创造性的方式实现,但一个可持续的方法是驱动传统上连接到发动机及电机的系统。后者可更好地针对手头任务进行优化,只在必要时运行。一个很好的例子是动力转向系统,它必须在停车时以空转发动机提供最大的转向支持。当动力转向系统仍连接到发动机,它耗费大量的动力在总线,这时转向最小,因此,汽车中的动力转向系统成为第一个使用无刷电机的应用。随着法规的日益严苛,无刷电机正被设计到液压泵中提供制动支持、发动机冷却风扇、燃油泵、油/水泵等等。

虽然以无刷电机取代传统的有刷电机是提高能效和可靠性,同时消除噪声和污染的快速路经,但无刷电机的实施对工程师是一重大挑战。以前必须由换向器机械式完成的工作现在使用三相逆变器电气化完成。逆变器需要一个门极驱动器,它通常由一个微控制器实施复杂的电机控制算法来控制。因此,开发这些应用的工程师不仅需要胜任硬件设计及微控制器编程,还需要深入了解电机物理学来设计最大的能效到系统中。有刷电机应用设计人员通常没有这些技能,所以他们不愿意使用无刷电机。

这些工程师需要的是现成的方案,不需要深入设计和编程专知就能让无刷电机运行。目的是使无刷电机应用开发就像有刷电机开发一样简单,以至应用工程师可专注于他们的专长到应用上,而不是如何使电机转动。类似于LED灯取代白炽灯,半导体行业可支持转向使用无刷电机部署,通过为客户解决电机控制系统的复杂性。有利的是,有一些公司正开始应对挑战。

有个例子是安森美半导体,已用其用于立体声设备、磁盘驱动和冷却风扇的“易于使用”的电机驱动器经验,集中在工业和汽车用无刷电机的开发。特别地,公司推出高度集成的LV8907电机驱动IC,使无刷电机像有刷电机一样易于使用,无需任何软件开发。LV8907可用于12 V工业和消费电子应用,而且兼容汽车要求,只需6个功率开关和几个分立电阻和电容。该IC负责启动,无需传感器换向和运行无刷电机所需的各种安全特性。在电机和应用相关参数通过SPI接口上传后,控制电机速度所必需的是一个脉宽调制信号(PWM)-就像有刷电机应用一样。所有相关参数可存储在该器件的嵌入式非易失性(OTP)存储器中,并将在应用的生命周期内保持固定。

虽然可使用一个开关用于固定速度模式,但LV8907的内置P-I速度控制回路结合PWM输入,支持在不同电源电压和负载条件下电机速度的精确调控。得益于该器件集成的保护功能,可保护应用免受过流、过压和过温及其它故障条件的损害。在堵转的情况下,LV8907将停止驱动电机,并在设置间隔后再重启。

总之,从有刷向无刷电机的过渡已在进行,出于能效的原因,和日益严格的政府法规正加速这开发。然而,由于这过渡涉及显著的技术挑战,他们仍存在障碍来增加无刷电机应用的范围。通过引入无刷电机智能电机控制方案,半导体行业正提供越来越多的产品,消除这些障碍。因此,无刷电机,像LED灯,可能随着21世纪引进新技术来应对环境的挑战而越来越普遍。也许很快,有刷电机就像白炽灯一样成为历史。

声明:转载此文是出于传递更多信息之目的。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益,请与我

们联系,我们将及时更正、删除,谢谢。

  • 赞一个(
    0
    )
  • 踩一下(
    0
    )
分享到:
阅读延展
半导体 有刷电机
  • 华虹半导体去年营收同比增长0.2%

    华虹半导体去年营收同比增长0.2%

    据悉,该公司在2019年中月产能由174,000片增至201,000片8吋等值晶圆,差异化特色工艺将依然是华虹半导体2020年的关键词,将进一步优化现有95纳米和90纳米等嵌入式非易失性存储器技术

  • 多家企业陆续关闭晶圆厂,半导体制造商走向无晶圆或外包?

    多家企业陆续关闭晶圆厂,半导体制造商走向无晶圆或外包?

    在这一波疫情推波助澜之下,对半导体产业造成关厂热潮,尤其过去半导体并购活动激增,越来越多的半导体业者使用 20 纳米下制程技术生产芯片,逐渐淘汰效率低下的晶圆厂产能,特别是 200 微米以上的晶圆厂,预期未来几年将有更多的晶圆旧厂关闭。

  • 意法半导体推出高性能全局快门图像传感器,推动下一代计算机视觉应用发展

    意法半导体推出高性能全局快门图像传感器,推动下一代计算机视觉应用发展

    意法半导体的先进制造工艺技术使新图像传感器在在所有波长,特别是近红外光照条件下,像素间串扰较低,确保对比度高,图像清晰度出色,同时在芯片背面上留出更多的硅面积,用于增加数字处理功能及外围元器件,是全局快门是拍摄无失真图像的首选模式。

  • 电子行业:半导体有望加速回暖

    电子行业:半导体有望加速回暖

    新基建风生水起,2000亿大基金二期3月底开始投资:5G、新能源汽车、大数据、人工智能等七大新基建有望引导我国半导体产业进入新一轮发展周期。

  • 一文了解压阻式传感器的原理、特点及其应用类型

    一文了解压阻式传感器的原理、特点及其应用类型

    压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件,广泛地应用于航天、航空、航海、石油化工、动力机械、生物医学工程、气象、地质、地震测量等各个领域。尤其是用硅片为敏感材料,以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。

  • SIA报告:半导体行业是抗击COVID-19的强力支撑

    SIA报告:半导体行业是抗击COVID-19的强力支撑

    为了应对全球 COVID-19 大流行,美国半导体行业协会呼吁美国各级政府将半导体行业及其供应链能具体规定半导体业务:,如采用无尘室运营、严格控制员工在设施之间的旅行和流动、优先考虑远程工作以及采取所有必要步骤等等。

  • 无刷电机外转子之NS动平衡

    无刷电机外转子之NS动平衡

    无刷电机的设备可以运用于:乳制品行业、酿造行业、肉制品加工行业、豆制品加工行业、饮料加工行业、糕点加工业、药品业、电子精密厂、等一些更高要求的无尘车间等,而有刷电机:只能适用于各式洗手间等对要求不是太高的区域,而像无尘车间和防爆车间就无法使用。

  • 为什么说无刷直流微电机性价比高?

    为什么说无刷直流微电机性价比高?

    有刷电机有集电环电刷,占据了电机的有效体积,所以电机的功率密度小,而无刷电机转子无电流,电机发热低,较小的体积可产生较大的功率,单位体积电机出力大,电机功率密度大。

  • 有刷直流电机有无刷直流电机哪个好?

    有刷直流电机有无刷直流电机哪个好?

    其实在实际应用中,有刷直流电机控制简单、价格便宜对于控制要求不是非常高的产品常适用,现在有刷电机的使用寿命有的也能做到300~500小时,这已经足够了。

  • 高精度的严格控制回路能让BLDC电机在许多领域发挥出色的优势

    高精度的严格控制回路能让BLDC电机在许多领域发挥出色的优势

    无刷直流电机(或简称 BLDC电机)是一种采用直流电源并通过外部电机控制器控制实现电子换向的电机。 不同于有刷电机,BLDC 电机依靠外部控制器来实现换向。

  • 什么是无刷直流电机换向的最有效方法?这三个方面需要关注

    什么是无刷直流电机换向的最有效方法?这三个方面需要关注

    无刷直流电机(或简称BLDC电机)是一种采用直流电源并通过外部电机控制器控制实现电子换向的电机。不同于有刷电机,BLDC电机依靠外部控制器来实现换向。

  • 东芝推出支持1.8V低电压和4.0A大电流驱动的H桥驱动器IC

    东芝推出支持1.8V低电压和4.0A大电流驱动的H桥驱动器IC

    东芝电子元件及存储装置株式会社(“东芝”)今天宣布,面向直流有刷电机和步进电机推出双H桥[1]驱动器IC系列的新产品“TC78H653FTG”,该新品可提供移动设备、家用电子产品及USB驱动器等干电池供电设备所需的低电压(1.8V)和大电流(4.0A)[2]。

微信

第一时间获取电子制造行业新鲜资讯和深度商业分析,请在微信公众账号中搜索“大比特商务网”或者“big-bit”,或用手机扫描左方二维码,即可获得大比特每日精华内容推送和最优搜索体验,并参与活动!

发表评论

  • 最新评论
  • 广告
  • 广告
  • 广告
广告
Copyright Big-Bit © 1999-2013 All Right Reserved 大比特资讯公司 版权所有      未经本网站书面特别授权,请勿转载或建立影像,违者依法追究相关法律责任