有什麼辦法保持有刷電機的簡單性?--半導體技術
發布時間:2016-10-19 責任編輯:sherry
【導讀】通過引入無刷電機智能電機控製方案,半導體行業正提供越來越多的產品,消除這些障礙。因此,無刷電機,像LED燈,可能隨著21世紀引進新技術來應對環境的挑戰而越來越普遍。也許很快,有刷電機就像白熾燈一樣成為曆史。
想不到,有刷電機和白熾燈有許多共同點:都於19世紀發明和優化,其易用性使它們在20世紀我們的日常生活中隨處可見,它們同樣都受到21世shi紀ji重zhong視shi能neng效xiao的de法fa規gui的de影ying響xiang。現xian時shi白bai熾chi燈deng已yi大da部bu分fen消xiao失shi了le,但dan更geng高gao能neng效xiao的de無wu刷shua電dian機ji仍reng隻zhi是shi緩huan慢man的de替ti代dai有you刷shua電dian機ji。這zhe一yi部bu分fen是shi因yin為wei成cheng本ben的de原yuan因yin,也ye因yin為wei實shi施shi無wu刷shua電dian機ji係xi統tong時shi仍reng有you顯xian著zhe的de技ji術shu挑tiao戰zhan。半ban導dao體ti技ji術shu促cu使shi便bian宜yi但dan能neng效xiao低di的de白bai熾chi燈deng消xiao失shi,同tong樣yang也ye可ke能neng使shi有you刷shua電dian機ji走zou向xiang同tong樣yang的de結jie局ju。
電dian機ji到dao處chu都dou是shi,但dan不bu像xiang燈deng泡pao,它ta們men不bu是shi那na麼me明ming顯xian。當dang有you無wu生sheng命ming的de物wu理li在zai移yi動dong時shi,很hen可ke能neng是shi由you一yi個ge電dian機ji驅qu動dong。這zhe些xie電dian機ji驅qu動dong我wo們men家jia裏li的de冰bing箱xiang、洗碗機和洗衣機。它們開門、運行手扶電梯、垂直電梯和火車送我們去工作。在我們工作時它們煮咖啡、冷卻電腦和運行空調。在現代汽車中,采用20至50個電機為調節車鏡、前大燈和座椅、燃油泵、水泵和擋風玻璃液、以及輔助製動和轉向等多種不同的功能提供動力。將來,電機甚至會負責讓汽車自己移動。
在過去一個世紀,這些應用選擇的電機大多是有刷電機,因為它非常易於使用。像燈泡,隻要通電就工作 – 反向電壓通過終端,電機將反轉方向。改變電壓,速度就變化。這簡單性可能因為電機內的機械式開關(換向器)使它旋轉。換向器由旋轉銅滑環和滑動接頭(稱為電刷)組成,旋轉銅滑環連接到旋轉電機線圈,滑hua動dong接jie頭tou令ling電dian流liu從cong固gu定ding電dian機ji外wai殼ke流liu向xiang滑hua環huan。當dang電dian機ji線xian圈quan組zu件jian旋xuan轉zhuan,線xian圈quan端duan子zi滑hua過guo電dian刷shua,指zhi示shi電dian流liu流liu過guo線xian圈quan,以yi這zhe樣yang一yi種zhong方fang式shi保bao持chi旋xuan轉zhuan。

圖1:有刷電機原理圖
suiranhuanxiangqishiyoushuadianjiyiyushiyong,dantayeshiwentidezhuyaolaiyuan。huanxiangqiyishoujixiemosun,xianzhiledianjideshiyongshouming。dianshuamosunchanshenghuichen,jiangdidianjixingneng。ciwai,dangdianjidianliuyanhuahuanzaixianquanjianliudong,chanshengdianhu。zheyangdeshuadianhuchanshengchouyang,jizaochengzaoshenghedianzifushe,kenengganraodianqishebeirudianhua、wuxiandianhewuxiantongxinwangluo。zaiyouhuichenhuokeranhuanjingzhong,shuahukenengfeichangweixian,yinweitakeyinfahuozaishenzhiyinqibaozha。huanxiangqicaiyongjixieshidianshua,yexianzhiledianjigaoda70%的電能效;而無刷電機可實現高達90%的能效(如Nicola Tesla早在19世紀末顯示)。如果無刷電機比有刷電機更高能效、更可靠和更環保,為什麼當今有刷電機仍然如此普遍?
就像白熾燈和LEDdeng,yiyixiegengfuzaheangguidedongxiqudaiyixiebianyihejiandandedongxi,tongchangxuyaozuichulaizizhengfudeqiangdayali,zhidaodaguimoshengchanbajiagejiangxialai。guojinengxiaobiaozhun(如北美的能源之星和歐盟的生態設計)強qiang製zhi企qi業ye去qu遵zun守shou。此ci外wai,消xiao費fei者zhe越yue來lai越yue關guan注zhu環huan境jing和he節jie能neng,現xian在zai更geng願yuan意yi在zai節jie能neng產chan品pin花hua錢qian,或huo者zhe是shi出chu於yu良liang心xin的de原yuan因yin,又you或huo者zhe是shi為wei減jian少shao電dian費fei帳zhang單dan。因yin此ci,能neng效xiao除chu了le作zuo為wei純chun粹cui的de法fa規gui要yao求qiu,也ye被bei視shi為wei工gong程cheng師shi將jiang他ta們men的de產chan品pin與yu競jing爭zheng對dui手shou區qu分fen開kai來lai的de一yi種zhong途tu徑jing。同tong樣yang,在zai汽qi車che領ling域yu,汽qi車che製zhi造zao商shang已yi被bei要yao求qiu通tong過guo不bu斷duan收shou緊jin的de二er氧yang化hua碳tan排pai放fang標biao準zhun提ti升sheng燃ran油you經jing濟ji性xing。這zhe可ke以yi許xu多duo創chuang造zao性xing的de方fang式shi實shi現xian,但dan一yi個ge可ke持chi續xu的de方fang法fa是shi驅qu動dong傳chuan統tong上shang連lian接jie到dao發fa動dong機ji及ji電dian機ji的de係xi統tong。後hou者zhe可ke更geng好hao地di針zhen對dui手shou頭tou任ren務wu進jin行xing優you化hua,隻zhi在zai必bi要yao時shi運yun行xing。一yi個ge很hen好hao的de例li子zi是shi動dong力li轉zhuan向xiang係xi統tong,它ta必bi須xu在zai停ting車che時shi以yi空kong轉zhuan發fa動dong機ji提ti供gong最zui大da的de轉zhuan向xiang支zhi持chi。當dang動dong力li轉zhuan向xiang係xi統tong仍reng連lian接jie到dao發fa動dong機ji,它ta耗hao費fei大da量liang的de動dong力li在zai總zong線xian,這zhe時shi轉zhuan向xiang最zui小xiao,因yin此ci,汽qi車che中zhong的de動dong力li轉zhuan向xiang係xi統tong成cheng為wei第di一yi個ge使shi用yong無wu刷shua電dian機ji的de應ying用yong。隨sui著zhe法fa規gui的de日ri益yi嚴yan苛ke,無wu刷shua電dian機ji正zheng被bei設she計ji到dao液ye壓ya泵beng中zhong提ti供gong製zhi動dong支zhi持chi、發動機冷卻風扇、燃油泵、油/水泵等等。
suiranyiwushuadianjiqudaichuantongdeyoushuadianjishitigaonengxiaohekekaoxing,tongshixiaochuzaoshenghewurandekuaisulujing,danwushuadianjideshishiduigongchengshishiyizhongdatiaozhan。yiqianbixuyouhuanxiangqijixieshiwanchengdegongzuoxianzaishiyongsanxiangnibianqidianqihuawancheng。nibianqixuyaoyigemenjiqudongqi,tatongchangyouyigeweikongzhiqishishifuzadedianjikongzhisuanfalaikongzhi。yinci,kaifazhexieyingyongdegongchengshibujinxuyaoshengrenyingjianshejijiweikongzhiqibiancheng,haixuyaoshenrulejiedianjiwulixuelaishejizuidadenengxiaodaoxitongzhong。youshuadianjiyingyongshejirenyuantongchangmeiyouzhexiejineng,suoyitamenbuyuanyishiyongwushuadianji。
zhexiegongchengshixuyaodeshixianchengdefangan,buxuyaoshenrushejihebianchengzhuanzhijiunengrangwushuadianjiyunxing。mudeshishiwushuadianjiyingyongkaifajiuxiangyoushuadianjikaifayiyangjiandan,yizhiyingyonggongchengshikezhuanzhuyutamendezhuanchangdaoyingyongshang,erbushiruheshidianjizhuandong。leisiyuLEDdengqudaibaichideng,bandaotixingyekezhichizhuanxiangshiyongwushuadianjibushu,tongguoweikehujiejuedianjikongzhixitongdefuzaxing。youlideshi,youyixiegongsizhengkaishiyingduitiaozhan。
有個例子是安森美半導體,已用其用於立體聲設備、磁盤驅動和冷卻風扇的“易於使用”的電機驅動器經驗,集中在工業和汽車用無刷電機的開發。特別地,公司推出高度集成的LV8907電機驅動IC,使無刷電機像有刷電機一樣易於使用,無需任何軟件開發。LV8907可用於12 V工業和消費電子應用,而且兼容汽車要求,隻需6個功率開關和幾個分立電阻和電容。該IC負責啟動,無需傳感器換向和運行無刷電機所需的各種安全特性。在電機和應用相關參數通過SPI接口上傳後,控製電機速度所必需的是一個脈寬調製信號(PWM)-就像有刷電機應用一樣。所有相關參數可存儲在該器件的嵌入式非易失性(OTP)存儲器中,並將在應用的生命周期內保持固定。
雖然可使用一個開關用於固定速度模式,但LV8907的內置P-I速度控製回路結合PWM輸入,支持在不同電源電壓和負載條件下電機速度的精確調控。得益於該器件集成的保護功能,可保護應用免受過流、過壓和過溫及其它故障條件的損害。在堵轉的情況下,LV8907將停止驅動電機,並在設置間隔後再重啟。
總(zong)之(zhi),從(cong)有(you)刷(shua)向(xiang)無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)的(de)過(guo)渡(du)已(yi)在(zai)進(jin)行(xing),出(chu)於(yu)能(neng)效(xiao)的(de)原(yuan)因(yin),和(he)日(ri)益(yi)嚴(yan)格(ge)的(de)政(zheng)府(fu)法(fa)規(gui)正(zheng)加(jia)速(su)這(zhe)開(kai)發(fa)。然(ran)而(er),由(you)於(yu)這(zhe)過(guo)渡(du)涉(she)及(ji)顯(xian)著(zhu)的(de)技(ji)術(shu)挑(tiao)戰(zhan),他(ta)們(men)仍(reng)存(cun)在(zai)障(zhang)礙(ai)來(lai)增(zeng)加(jia)無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)應(ying)用(yong)的(de)範(fan)圍(wei)。通(tong)過(guo)引(yin)入(ru)無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)智(zhi)能(neng)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)方(fang)案(an),半(ban)導(dao)體(ti)行(xing)業(ye)正(zheng)提(ti)供(gong)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)產(chan)品(pin),消(xiao)除(chu)這(zhe)些(xie)障(zhang)礙(ai)。因(yin)此(ci),無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji),像(xiang)LED燈,可能隨著21世紀引進新技術來應對環境的挑戰而越來越普遍。也許很快,有刷電機就像白熾燈一樣成為曆史。
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