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使電機驅動設計簡單

2019-04-17 16:31:36 安森美

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隨著越來越多的行業接受自動化可提供的優勢，電機及其驅動控制的市場繼續擴大。設計人員面臨不斷縮短的開發周期，同時也面臨著創新的挑戰，這使得選擇合適的電機控制系統至關重要。

據Grand View Research 1，到2025年，全球電機市場將達到1,550億美元。有幾個領域正在推動這一擴張，包括制造業內的自動化。電機、執行器及其控制器是這些系統的關鍵器件。所有大車廠都專注于一個不斷擴大的電機市場領域，推進電動汽車(EV)的發展。最新的“2018年全球電動汽車展望”(Global EV Outlook 2018 survey2)預估推斷：2017年，全球電動汽車銷量超過100萬輛(110萬輛)，中國占全球40%的份額。IEA還預測，到2030年，電動車銷量將達到2.2億輛。

電機控制系統是確保以最大能效運行以實現低功耗的關鍵。開發系統以滿足一些基本的要求對于電機控制工程師越來越重要和迫切。這包括盡量減少能耗和損耗，并降低對環境的影響，同時仍然提供高度的靈活性和強固性，以滿足高要求的應用。

開發挑戰

所有的電機都是基于相同的原理，當電荷施加在線圈(定子)上時，它就成為了一個電磁鐵。定子位于具有相反極性的磁鐵場內，形成轉子。當對電磁鐵的電荷被迅速切換時，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，隨著電機技術的發展，各種電機設計應運而生并得以完善。

如今有幾種類型的電機，通常稱為直流(DC)或交流(AC)電機。交流電機要么是同步的，要么是異步的(通常稱為感應電機)，其基本區別是同步交流電機需要直流電源來為轉子繞組供電，而異步電機則不需要這種額外的電源。對于自動化應用，可變磁阻交流電機是常見的，因為這可以作為基礎的步進電機。直流電機(通常是無刷直流電機BLDC)變得非常流行，因為它們可以提供高能效。無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。步進電機是直流電機的另一種設計，因為它有一個由幾個磁鐵組成的轉子，類似于齒輪上的齒。這使得電機的角度可以被精細地控制，以實現所需的機械輸出。

步進(單極或雙極)電機，有刷直流電機和伺服電機是最常見的自動化應用，可見于汽車設計和機器人中。異步(感應)和同步(永磁)電機也是常見的，是強固的和典型的低成本。電機類型用于任何給定應用現已發展到這樣一種程度，有許多可供設計人員選擇的配置選項。隨著控制單元與電機類型和應用高度匹配，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，隨著電機應用的發展，它們的控制系統也必須發展。開發人員需要一個高效、靈活的電機控制設計環境，該環境提供了一套工具，以促進迭代設計和快速原型開發。

新方案

隨著電機應用的增加，采用直流電機的開發人員將受益于可作為設計基礎的靈活的控制機制。通常在沒有實際電機的情況下進行設計，負責創建高能效電機設計的工程師需要一個他們可以信賴的靈活的開發環境。安森美半導體的電機驅動模塊方案套件(LV8548MCSLDGEVK)為電機設計人員提供了一種新的、直觀的方案以構建控制系統，包括全橋雙刷直流和單雙極步進電機的基本正向、反向和制動模式。目前有三個版本的電機驅動模塊，包括步進和有刷直流電機；另外兩個版本計劃在2018年年底前發布，涵蓋BLDC電機控制。每個模塊只需插入基板，為開發人員提供了一個靈活的電機控制設計環境。

圖1：安森美半導體的電機驅動器模塊方案套件

插件電機驅動模塊提供預先設計的硬件作為模塊，基于開放源碼架構，可隨時進行定制。主機PC與Arduino MICRO* 1之間的USB聯接使DC電機能使用串行通信控制。開發環境包括運行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接口(GUI)，能自動生成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：自動生成草圖代碼

GUI支持每個電機驅動器IC和各種電機類型，如無刷直流、步進和有刷直流。該驅動生成器的一個關鍵屬性是具有高度的直觀性。

圖3：圖形用戶接口(GUI)窗口

設計人員在創建控制系統時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，可集成到電機驅動器中進行測試。

圖4：GUI工具提示顯示

由于開發套件可支持基于不同類型電機的設計，用戶可以看到安森美半導體的電機方案GUI為與所用電機類型相匹配而改變。GUI支持簡單的參數設置和電機驅動器IC的配置，而不需要經常參考說明書。實際應用是，開發人員可以在沒有深入了解所用電機的情況下進行設計。這加速了電機控制的設計進程，得益于一個快速高效的開發環境。例如，僅通過設置目標速度，就可以使用電機驅動API函數庫“setTargetDrive()”來控制LV8548有刷直流電機控制驅動器。

對于設計人員，使用LV8548MC通過Arduino微型計算機可達到的控制水平是非常重要的，提供先進的調試功能，無需任何額外的軟件工具。這一點很重要，因為開發工程師可以在很短的時間內使用現成的器件來構建其控制器的工作原型。自動化的潛力幾乎是無限的，如這篇博文演示的一個采用機器人手(http：//www.onsemi.cn/community/blog/post/Robotic-Hand-Demo-with-Motor-Driver-Solutions-Kit)的項目。

關鍵詞：電機驅動 DC AC