|
作者：安森美半導體產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Steve Ikei 隨著(zhù)越來(lái)越多的行業(yè)接受自動(dòng)化可提供的優(yōu)勢，電機及其驅動(dòng)控制的市場(chǎng)繼續擴大。設計人員面臨不斷縮短的開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)也面臨著(zhù)創(chuàng )新的挑戰，這使得選擇合適的電機控制系統至關(guān)重要。 據Grand View Research 1，到2025年，全球電機市場(chǎng)將達到1,550億美元。有幾個(gè)領(lǐng)域正在推動(dòng)這一擴張，包括制造業(yè)內的自動(dòng)化。電機、執行器及其控制器是這些系統的關(guān)鍵器件。所有大車(chē)廠(chǎng)都專(zhuān)注于一個(gè)不斷擴大的電機市場(chǎng)領(lǐng)域，推進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)(EV)的發(fā)展。最新的“2018年全球電動(dòng)汽車(chē)展望”(Global EV Outlook 2018 survey2)預估推斷：2017年，全球電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量超過(guò)100萬(wàn)輛(110萬(wàn)輛)，中國占全球40%的份額。IEA還預測，到2030年，電動(dòng)車(chē)銷(xiāo)量將達到2.2億輛。 電機控制系統是確保以最大能效運行以實(shí)現低功耗的關(guān)鍵。開(kāi)發(fā)系統以滿(mǎn)足一些基本的要求對于電機控制工程師越來(lái)越重要和迫切。這包括盡量減少能耗和損耗，并降低對環(huán)境的影響，同時(shí)仍然提供高度的靈活性和強固性，以滿(mǎn)足高要求的應用。 開(kāi)發(fā)挑戰 所有的電機都是基于相同的原理，當電荷施加在線(xiàn)圈(定子)上時(shí)，它就成為了一個(gè)電磁鐵。定子位于具有相反極性的磁鐵場(chǎng)內，形成轉子。當對電磁鐵的電荷被迅速切換時(shí)，使用一種叫做換向器的裝置，電機的軸可以旋轉。這是電機輸出的基本機械能，隨著(zhù)電機技術(shù)的發(fā)展，各種電機設計應運而生并得以完善。 如今有幾種類(lèi)型的電機，通常稱(chēng)為直流(DC)或交流(AC)電機。交流電機要么是同步的，要么是異步的(通常稱(chēng)為感應電機)，其基本區別是同步交流電機需要直流電源來(lái)為轉子繞組供電，而異步電機則不需要這種額外的電源。對于自動(dòng)化應用，可變磁阻交流電機是常見(jiàn)的，因為這可以作為基礎的步進(jìn)電機。直流電機(通常是無(wú)刷直流電機BLDC)變得非常流行，因為它們可以提供高能效。無(wú)刷直流電機中的永磁體放置在轉子上，而電磁鐵則駐留在定子上。步進(jìn)電機是直流電機的另一種設計，因為它有一個(gè)由幾個(gè)磁鐵組成的轉子，類(lèi)似于齒輪上的齒。這使得電機的角度可以被精細地控制，以實(shí)現所需的機械輸出。 步進(jìn)(單極或雙極)電機，有刷直流電機和伺服電機是最常見(jiàn)的自動(dòng)化應用，可見(jiàn)于汽車(chē)設計和機器人中。異步(感應)和同步(永磁)電機也是常見(jiàn)的，是強固的和典型的低成本。電機類(lèi)型用于任何給定應用現已發(fā)展到這樣一種程度，有許多可供設計人員選擇的配置選項。隨著(zhù)控制單元與電機類(lèi)型和應用高度匹配，數字控制正日益流行。如壓縮機或泵等需要以每秒特定轉速運轉的電機速度，可以使用數字控制系統更精確地控制。數字控制系統對變速電機也是有效的，其速度與頻率成正比。需要理解的重要因素是，隨著(zhù)電機應用的發(fā)展，它們的控制系統也必須發(fā)展。開(kāi)發(fā)人員需要一個(gè)高效、靈活的電機控制設計環(huán)境，該環(huán)境提供了一套工具，以促進(jìn)迭代設計和快速原型開(kāi)發(fā)。 新方案 隨著(zhù)電機應用的增加，采用直流電機的開(kāi)發(fā)人員將受益于可作為設計基礎的靈活的控制機制。通常在沒(méi)有實(shí)際電機的情況下進(jìn)行設計，負責創(chuàng )建高能效電機設計的工程師需要一個(gè)他們可以信賴(lài)的靈活的開(kāi)發(fā)環(huán)境。安森美半導體的電機驅動(dòng)模塊方案套件(LV8548MCSLDGEVK)為電機設計人員提供了一種新的、直觀(guān)的方案以構建控制系統，包括全橋雙刷直流和單雙極步進(jìn)電機的基本正向、反向和制動(dòng)模式。目前有三個(gè)版本的電機驅動(dòng)模塊，包括步進(jìn)和有刷直流電機；另外兩個(gè)版本計劃在2018年年底前發(fā)布，涵蓋BLDC電機控制。每個(gè)模塊只需插入基板，為開(kāi)發(fā)人員提供了一個(gè)靈活的電機控制設計環(huán)境。 
圖1：安森美半導體的電機驅動(dòng)器模塊方案套件 插件電機驅動(dòng)模塊提供預先設計的硬件作為模塊，基于開(kāi)放源碼架構，可隨時(shí)進(jìn)行定制。主機PC與Arduino MICRO* 1之間的USB聯(lián)接使DC電機能使用串行通信控制。開(kāi)發(fā)環(huán)境包括運行Arduino IDE 1.8.4的Windows PC、基板和AC適配器，輸出電壓4V至16V，輸出電流約2A。該軟件包括一個(gè)應用編程接口(API)庫和對設計人員最重要的強大的圖形用戶(hù)接口(GUI)，能自動(dòng)生成Arduino代碼，可導出為Arduino Sketch (.ino)文件。此代碼也可以與Arduino IDE一起使用。
圖2：自動(dòng)生成草圖代碼 GUI支持每個(gè)電機驅動(dòng)器IC和各種電機類(lèi)型，如無(wú)刷直流、步進(jìn)和有刷直流。該驅動(dòng)生成器的一個(gè)關(guān)鍵屬性是具有高度的直觀(guān)性。
圖3：圖形用戶(hù)接口(GUI)窗口 設計人員在創(chuàng )建控制系統時(shí)可以在屏幕上獲得提示和幫助，而全面的API庫提供詳細的功能，可集成到電機驅動(dòng)器中進(jìn)行測試。
圖4：GUI工具提示顯示 由于開(kāi)發(fā)套件可支持基于不同類(lèi)型電機的設計，用戶(hù)可以看到安森美半導體的電機方案GUI為與所用電機類(lèi)型相匹配而改變。GUI支持簡(jiǎn)單的參數設置和電機驅動(dòng)器IC的配置，而不需要經(jīng)常參考說(shuō)明書(shū)。實(shí)際應用是，開(kāi)發(fā)人員可以在沒(méi)有深入了解所用電機的情況下進(jìn)行設計。這加速了電機控制的設計進(jìn)程，得益于一個(gè)快速高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境。例如，僅通過(guò)設置目標速度，就可以使用電機驅動(dòng)API函數庫“setTargetDrive()”來(lái)控制LV8548有刷直流電機控制驅動(dòng)器。 對于設計人員，使用LV8548MC通過(guò)Arduino微型計算機可達到的控制水平是非常重要的，提供先進(jìn)的調試功能，無(wú)需任何額外的軟件工具。這一點(diǎn)很重要，因為開(kāi)發(fā)工程師可以在很短的時(shí)間內使用現成的器件來(lái)構建其控制器的工作原型。自動(dòng)化的潛力幾乎是無(wú)限的，如這篇博文演示的一個(gè)采用機器人手(http：//www.onsemi.cn/community/blog/post/Robotic-Hand-Demo-with-Motor-Driver-Solutions-Kit)的項目。 欲獲得更多關(guān)于電機驅動(dòng)方案套件的信息，請訪(fǎng)問(wèn)：http：//www.onsemi.cn/ PowerSolutions/evalBoard.do?id=LV8548MCSLDGEVK&_ga=2.84201105.942718309.1529547760-2042082144.1521431210。隨著(zhù)開(kāi)發(fā)時(shí)間的不斷縮短，這樣的套件將更加重要，使設計工程師能夠快速有效地創(chuàng )新。 參考資料： [1] Grand View Research https://www.grandviewresearch.com/press-release/global-electric-motor-market [2] Global EV Outlook 2018 survey https://www.connaissancedesenergies.org/sites/default/files/pdf-actualites/globalevoutlook2018.pdf |
