microelectronics翻译，Microelectronics的电机驱动器

很多朋友对microelectronics翻译，Microelectronics的电机驱动器不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

步进电机和永磁同步电机越来越多地服务于要求高效率和高性能的控制应用。当前的电机控制技术包括使用微电子技术来改善对速度、位置和转矩的控制，以及更高的效率。

步进电机是一种能将电脉冲转化为离散机械步进的机电装置。当适当的电脉冲序列(强度和方向随时间控制)施加到电机上时，曲轴将以不连续的步骤旋转。步进电机是需要精确控制运动范围的应用的理想解决方案。它们可以控制旋转角度、速度、位置和同步。步进电机的主要优点是不需要反馈机构；可以在不使用编码器的情况下精确地确定位移。

永磁同步电机(PMSM)允许非常快速和精确的扭矩和速度控制，确保即使在瞬态运行时也能达到最佳效率。它们的优异性能是由于它们在整个速度范围内的规则旋转、零速度下的完全扭矩控制以及高加速和减速值。

PMSM有许多应用，包括电器(洗衣机、洗碗机水泵、冰箱和空调)、医疗设备(CPAP和VPAP机器、水泵、轮椅)、电动汽车、自动售货机、自动取款机、工业执行器、风扇、水泵和鼓风机。

单极和双极步进电机单极步进电机由两个相同的线圈组成，两个线圈都有中间抽头，没有电气连接。通过向双线线圈对的一端供电，电流反向，中间抽头用作公共极。单极步进电机的优点是每相采用中间抽头的绕组。绕组的每一侧针对磁通量的每个方向被激活。开关电路非常简单，因为这种装置的磁极可以在不改变电流方向的情况下反转。

但由于每个线圈只有一半被磁化，单极步进电机的磁力降低，所以可用的转矩值有限。

双极步进电机类似于单极步进电机，但它们的线圈没有中间抽头。双极电机的驱动稍微复杂一些，通常基于H桥，它可以反转绕组的极性，从而反转磁通量。因为在双极电机的每个绕组中仅使用一个大线圈，所以绕组电阻低，并且可以获得更高的转矩值。

由于驱动电路的简单性，单极步进电机在许多应用中仍被使用，只需要几个分立元件。然而，随着在减小电子元件的尺寸和成本方面取得的进展，最近的步进应用趋向于使用双极步进电机。

双极步进电机最常见的两种驱动方式是全步进和半步。在全步进模式下，两相总是同时被激活，电机总是提供额定转矩。这种控制模式只需要四个方波信号，可以由微控制器的PWM模块产生。占空比保持固定，持续时间等于一步。根据初始阶段，轴将顺时针或逆时针旋转。

半步模式稍微复杂一些。在这种情况下，根据特定时间仅激活一相或两相，并且电机在每个时钟脉冲前进半步。这种模式可以获得更高的位置值分辨率，消除不稳定性。但由于扭矩不会随时间保持恒定，半步解法会产生共振和振动现象。

驱动步进电机的另一种方式是波形驱动模式，在这种模式下，在任何给定的时刻只有一相是活动的。设计者很少选择这种模式，因为与其他方法相比，这种模式效率较低，产生的扭矩值较低。

最后，还有第四种模式，微步进，它可以提供非常高的分辨率值，并通过恒流调节防止扭矩振荡。微步进驱动器通过遵循正弦曲线来增加或减少驱动电流，因此它在任何时候都不会完全关断或导通极点。所有驱动模式都可以使用标准逻辑电路来获取信号，但最常见的解决方案是基于专门为步进电机控制设计的集成电路。图1:1:l 9942的框图(照片：意法半导体)

现在市场上有很多种IC可以驱动双极步进电机，实现微步进等高级功能。例如意法半导体的L9942是双极步进电机的集成驱动器，具有微步进和可编程电流曲线查找表(LUT)。该器件包括两个全桥，最大负载为1.3 A (r ds (on)=500 m)，可以编程为全步进、半步或微步进模式(图1)。该器件可以通过SPI接口和一些离散逻辑信号轻松连接到微控制器。

L9942包含逻辑块，用于检测由过度机械负载引起的电机失速。在这种情况下，负载电流的上升速度比正常工作时快得多。

图2:2:drv 8436/drv 8437的框图(图片：德州仪器)

德州仪器(ti)的DRV8436和DRV8437具有两个N沟道功率MOSFET H桥驱动器、一个微步索引器和集成电流检测(图2)。DRV8436/37分别可以驱动高达1.1 A和0.8 A的电流。驱动器的内部电流检测架构不需要两个外部电源检测电阻，从而节省PCB面积和系统成本。智能调谐衰减技术可以自动调节以获得最佳的电流调节性能，并补偿电机变化和老化效应。

简单的STEP/DIR接口允许外部控制器管理步进电机的方向和步进率。为电源欠压、电荷泵故障、过流、短路、开路负载和过热提供保护。

PMSM控制技术为了实现高效率，一种称为磁场定向控制(FOC)的特殊矢量算法被应用于永磁同步电机的控制。该算法将定子电流分解为产生磁场的部分和产生转矩的部分。这种方法的优点是分解后，两种成分都可以独立控制。

在PMSM 中，扭矩由两个磁场共同作用产生：一个用于定子，另一个用于转子。磁通量决定了作用在定子上的磁场，因此由施加到定子的电流产生。转子上的磁场由永磁体产生的磁通量表示，因此可以认为是恒定的。当两个磁场相互垂直时，由这两个磁场（对扭矩负责）的联合作用产生的力最大。因此，目标是适当控制定子电流，使其产生垂直于转子磁体的矢量。

在电机轴旋转期间，施加在定子上的电流必须不断更新，以使与定子磁通相关的矢量与与转子磁体流动相关的矢量之间的角度始终等于90。该问题的经典解决方案使用基于微控制器的算法，该算法连续调整定子电流的相位和幅度。

相位控制需要了解转子位置，通常通过绝对位置传感器（旋转变压器）或相对位置传感器（编码器）获得。在某些应用中，基于霍尔效应的磁性位置传感器被用作替代方案。幅度控制是使用比例积分(PI) 控制器实现的，该控制器作用于相电流、位置和电机速度等变量。

无传感器PMSM 控制高效的PMSM 控制需要准确的转子位置信息，但在某些应用中，使用外部传感器可能会对整个系统的可靠性和效率产生负面影响。在这种情况下，使用间接或估计的位置检测技术代替机械传感器（提供曲轴位置的直接测量）。用于估计转子位置的方法因使用的电机类型而异。对于低转速，频率注入和开环启动等机制很常见。

对于中速和高速，反电动势(BEMF) 观测器技术通常用于检测电机绕组中感应的BEMF 的过零点。

PMSM 控制解决方案STMicroelectronics 提供全系列组件和评估板，以优化无刷直流PMSM 电机控制系统。这些器件具有高效率、低噪音和延长寿命的特点，据说能够以低成本快速上市。例如，EVAL6393FB 参考设计演示了如何使用两个L6393 驱动器通过全桥拓扑驱动单相负载（图3）。该板具有优化的布局，可以通过施加总线电压和方向信号来运行。

该驱动器可提供150 W（3.0 Arms 时为50 V）的输出功率，占用空间更小，并通过外部逻辑信号实现具有过流保护的PWM 电压模式控制。

图3：EVAL6393FB 低压全桥参考设计板（图片：意法半导体）

英飞凌科技的XMC1000 电机控制应用套件提供了一个完整的硬件和软件平台，用于评估和开发基于英飞凌XMC1300 系列微控制器的PMSM FOC 无传感器系统。该套件适用于风扇、泵和电动自行车等目标终端应用，包括一个带有可拆卸SEGGER J-Link 调试接口的XMC1300 MCU 板和一个PMSM 低压、15W 电机卡。

审核刘清

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