引言

電機消耗的能量幾乎占全球電力的50%。suizhenengyuanchengbendechixushangzhang，yeneikaishicaiyongweichuliqitiaosuqudongqitidaixiaolvdixiadegudingsulvdianjihequdongqi
，zhezhongxinxingdianjikongzhijishuyuchuantongqudongqixiangbi
，nenggoushinenghaopingjunjiangdi30%以(yi)上(shang)。雖(sui)然(ran)調(tiao)速(su)電(dian)機(ji)提(ti)高(gao)了(le)係(xi)統(tong)本(ben)身(shen)的(de)成(cheng)本(ben)，但(dan)是(shi)
，考(kao)慮(lv)到(dao)電(dian)機(ji)能(neng)夠(gou)節(jie)省(sheng)的(de)能(neng)量(liang)以(yi)及(ji)所(suo)增(zeng)加(jia)的(de)功(gong)能(neng)，隻(zhi)需(xu)短(duan)短(duan)幾(ji)年(nian)即(ji)可(ke)挽(wan)回(hui)最(zui)初(chu)的(de)投(tou)資(zi)成(cheng)本(ben)。

通用電機設計

直流電機、無刷直流和交流感應電機是當今工業應用設計中最常見的電機。

直流電機：低成本和高精度驅動性能

直流電機是最先投入使用的電機類型，目前仍然以低開發成本和卓越的驅動性能得到普遍應用。在最簡單的直流電機中，定子(即電機固定部件)為永久磁鐵，轉子(即電機的轉動部件)上shang纏chan繞rao了le電dian樞shu繞rao組zu
，電dian樞shu繞rao組zu連lian接jie到dao機ji械xie換huan向xiang開kai關guan，該gai開kai關guan控kong製zhi繞rao組zu電dian流liu的de導dao通tong和he關guan閉bi。磁ci鐵tie建jian立li的de磁ci通tong量liang與yu電dian樞shu電dian流liu相xiang互hu作zuo用yong

，產chan生sheng電dian磁ci扭niu矩ju，從cong而er使shi電dian機ji做zuo功gong。

電機速度通過調整電樞繞組的直流電壓進行控製。根據具體應用的不同，可以采用全橋
、半橋或一個簡單的降壓轉換器驅動電樞繞組。這些轉換器的開關實現脈寬調製(PWM)，從而獲得相應的電壓。

Maxim的高邊或橋式驅動器IC


，如：MAX15024/ MAX15025
，可以用來驅動全橋或半橋電路的FET。直流電機還廣泛用於對速度
、精度要求很高的伺服係統。為了滿足速度和精度的要求，基於微處理器的閉環控製和轉子位置非常關鍵。Maxim的MAX9641霍爾傳感器能夠用於提供轉子的位置信息。

交流感應電機：簡單、堅固耐用

交流感應電機以簡單、堅固耐用而著稱
，被廣泛用於工業領域。最簡單的交流電機就是一個變壓器，原級電壓連接到交流電壓源，次級短路承載感應電流。“感應”電機的名稱源於“感應次級電流”。定子載有一個三相繞組，轉子設計簡單
，通常被稱為“鼠籠”，其中，兩端的銅或鋁棒通過鑄鋁環短路。由於沒有轉子繞組和碳刷，這種電機的設計非常可靠。工作在60Hz電壓時
，感應電機恒速運轉。

然而
，當采用電源電路和基於微處理器的係統時

，可以控製電機速度變化。變速驅動器由逆變器、信號調理器和基於微處理器的控製器組成。逆變器采用三個半橋
，頂部和底部切換以互補方式控製。Maxim提供多種半橋驅動器，如MAX15024/MAX15025
，可獨立控製頂部和底部FET。
精確測量三相電機電流、轉子位置及轉速是對感應電機進行高效閉環控製的必要條件。Maxim提供多款高邊和低邊電流放大器、霍爾傳感器以及同步采樣ADC，nenggouzaieliehuanjingxiajingqueceliangzhexiecanshu。weichuliqiliyongdianliuheweizhishujuchanshengsanxiangqiaoludeluojixinhao。yizhongchangjiandebihuankongzhijishuchengweishiliangkongzhi，taxiaochulecichangdianliushilianghedingzicitongliangzhijiandeouhe，congernenggoudulikongzhi
，tigonggengkuaideshuntaixiangying。

無刷直流電機：高可靠性和高輸出功率

無刷直流(BLDC)電(dian)機(ji)既(ji)沒(mei)有(you)換(huan)向(xiang)器(qi)也(ye)沒(mei)有(you)碳(tan)刷(shua)
，相(xiang)對(dui)於(yu)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)而(er)言(yan)需(xu)要(yao)更(geng)少(shao)的(de)維(wei)護(hu)。相(xiang)對(dui)於(yu)感(gan)應(ying)電(dian)機(ji)或(huo)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)而(er)言(yan)，同(tong)等(deng)規(gui)格(ge)的(de)無(wu)刷(shua)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)能(neng)提(ti)供(gong)更(geng)大(da)的(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)。BLDC電機的定子與感應電機的定子非常相似。但是，BLDC電機的轉子可以采用不同形式，當然，都屬於永久磁鐵。氣隙磁通量由磁鐵固定，不受轉子電流的影響。BLDC電機還需要一定形式的轉子位置檢測。

通常利用定子中嵌入的霍爾器件檢測轉子位置。當轉子的磁極經過霍爾傳感器附近時

，會有一個信號指示通過的是北極還是南極。Maxim提供多款霍爾傳感器，如MAX9641，這些器件集成了兩個霍爾傳感器和數字邏輯電路
，可提供磁場位置

、方向輸出，從而簡化設計並降低係統成本。

傳感器、信號轉換和數據接口的重要性

在(zai)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)中(zhong)，有(you)幾(ji)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)提(ti)供(gong)反(fan)饋(kui)信(xin)息(xi)。這(zhe)些(xie)傳(chuan)感(gan)器(qi)還(hai)用(yong)於(yu)檢(jian)測(ce)可(ke)能(neng)損(sun)壞(huai)係(xi)統(tong)的(de)故(gu)障(zhang)狀(zhuang)態(tai)，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)可(ke)靠(kao)性(xing)。下(xia)麵(mian)介(jie)紹(shao)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)中(zhong)的(de)作(zuo)用(yong)，特(te)別(bie)是(shi)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)放(fang)大(da)器(qi)、霍爾傳感器和可變磁阻(VR)傳感器。其它內容包括：利用高速ADC監測、控製多通道電流和電壓，高精度電機控製所需的編碼器數據接口等。

電流監測

電流是用於監控並反饋給電機控製環路的常見信號。利用電流檢測放大器可以輕鬆地精確監測係統流入、流liu出chu的de電dian流liu。采cai用yong電dian流liu檢jian測ce放fang大da器qi可ke以yi省sheng去qu傳chuan感gan器qi，因yin為wei需xu要yao測ce量liang的de是shi電dian信xin號hao本ben身shen。電dian流liu檢jian測ce放fang大da器qi能neng夠gou檢jian測ce短duan路lu和he瞬shun態tai狀zhuang況kuang，並bing監jian測ce電dian源yuan和he電dian池chi反fan接jie故gu障zhang。

電流測量

電流測量有很多渠道
，但截至目前為止
，最常見的方案是采用檢流電阻進行測量。這種方法的基本原理是：利li用yong基ji於yu運yun放fang的de差cha分fen放fang大da器qi對dui檢jian流liu電dian阻zu兩liang端duan的de電dian壓ya進jin行xing放fang大da
，然ran後hou測ce量liang放fang大da後hou的de電dian壓ya信xin號hao。傳chuan統tong設she計ji中zhong通tong常chang采cai用yong分fen立li器qi件jian。但dan分fen立li方fang案an存cun在zai一yi些xie缺que點dian，例li如ru：需要匹配電阻、具有較差的溫漂特性，並占用較大麵積。幸運的是，這些缺點可以通過在設計中使用集成電流檢測放大器得以解決。

放大器不僅測量電流

，還可以檢測電流方向
，具有較寬的共模範圍，能夠提供高精度測量。電流測量可以采用低邊檢測(檢測電阻與接地通路串聯)，也可以采用高邊檢測(檢測電阻與火線串聯)。低(di)邊(bian)檢(jian)測(ce)中(zhong)
，電(dian)路(lu)的(de)輸(shu)入(ru)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)較(jiao)低(di)
，輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)以(yi)地(di)為(wei)參(can)考(kao)，但(dan)低(di)邊(bian)電(dian)阻(zu)在(zai)接(jie)地(di)通(tong)路(lu)增(zeng)加(jia)了(le)所(suo)不(bu)希(xi)望(wang)的(de)外(wai)部(bu)電(dian)阻(zu)。高(gao)邊(bian)檢(jian)測(ce)中(zhong)，負(fu)載(zai)接(jie)地(di)，但(dan)高(gao)邊(bian)電(dian)阻(zu)必(bi)須(xu)承(cheng)受(shou)相(xiang)當(dang)大(da)的(de)共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)。高(gao)邊(bian)檢(jian)測(ce)能(neng)夠(gou)對(dui)故(gu)障(zhang)狀(zhuang)態(tai)進(jin)行(xing)監(jian)測(ce)，例(li)如(ru)，電(dian)機(ji)外(wai)殼(ke)或(huo)繞(rao)組(zu)對(dui)地(di)短(duan)路(lu)。
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