摘要：介紹了工業(yè)、三相無(wú)刷和步進(jìn)電機(jī)、汽車領(lǐng)域電機(jī)的應(yīng)用動(dòng)向，及TI的新芯片產(chǎn)品及解決方案。

　　關(guān)鍵詞：電機(jī);控制;三相無(wú)刷;步進(jìn)電機(jī);集成

　　1電機(jī)的應(yīng)用動(dòng)向

　　不同的電機(jī)使用場(chǎng)景對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展的要求不盡相同。

　　1)在工業(yè)電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中，包括變頻器、伺服和機(jī)器人等。這些工業(yè)領(lǐng)域中電機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的運(yùn)行效率、運(yùn)動(dòng)控制速度、精度、可靠性、功率密度和智能化要求會(huì)越來(lái)越高。工業(yè)4.0系統(tǒng)需求讓電機(jī)控制系統(tǒng)不僅僅是一個(gè)執(zhí)行單元，還需要承擔(dān)更多的監(jiān)控、信息采集、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控功能。通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)，將終端生產(chǎn)指令在電機(jī)控制單元快速執(zhí)行，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)縫同步、多軸協(xié)同。同時(shí)在這個(gè)過(guò)程中，可以收集大量的數(shù)據(jù)，以優(yōu)化生產(chǎn)流程，實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)狀態(tài)進(jìn)行可預(yù)測(cè)性診斷與防護(hù)。

　　2)三相無(wú)刷和步進(jìn)電機(jī)通常用于紡織、家電、打印機(jī)、3D打印、電動(dòng)滑板等應(yīng)用場(chǎng)景。更小、更安靜、更可靠是主要發(fā)展趨勢(shì)。三相無(wú)刷電機(jī)提供更快的反饋速度、更高的效率、更長(zhǎng)的使用壽命、更低的噪聲，已經(jīng)在電動(dòng)工具、機(jī)器人、風(fēng)扇等應(yīng)用中逐步開始替換傳統(tǒng)的直流電機(jī)，市場(chǎng)占有率越來(lái)越高。傳統(tǒng)的三相無(wú)刷和步進(jìn)電機(jī)方案需要使用主控MCU、分立驅(qū)動(dòng)和功率SiMOSFET分立方案，尺寸大而且設(shè)計(jì)難度較高。目前主流全集成SoC方案包含電機(jī)控制算法、驅(qū)動(dòng)和功率器件，可以幫助客戶快速實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并且使客戶更專注在產(chǎn)品功能的打磨，而節(jié)省客戶花費(fèi)在電機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間。

　　3)在汽車領(lǐng)域，有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器也展現(xiàn)出令人興奮的發(fā)展。腰部支撐、座椅高度調(diào)節(jié)和座椅冷卻/加熱曾被認(rèn)為是豪華功能，現(xiàn)在也逐漸進(jìn)入到主流車型中。如今，僅僅是為駕駛員和乘客的前排座椅移動(dòng)和舒適性而設(shè)計(jì)的方案就包含10個(gè)以上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。在傳統(tǒng)方案中，汽車制造商使用大型繼電器來(lái)驅(qū)動(dòng)有刷電機(jī)，現(xiàn)在許多制造商正轉(zhuǎn)向全集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，最顯著的優(yōu)點(diǎn)是能夠控制電機(jī)速度，利用集成保護(hù)功能，減小尺寸和噪聲，以及提高可靠性。使用了電機(jī)集成電路方案，車窗開始具有高級(jí)功能，包括速度控制和防夾功能。

　　2TI的芯片動(dòng)向及解決方案

　　TI豐富的產(chǎn)品線正好能夠提供電機(jī)控制方案所有關(guān)鍵應(yīng)用的核心，包括主控DSP方案、驅(qū)動(dòng)器、IGBT和SiC驅(qū)動(dòng)器、電流隔離采樣、隔離器、全集成三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、GaN功率管等。具體地，作為電機(jī)控制的核心，TIC2000系列產(chǎn)品持續(xù)提高主頻，并集成了高速ADC、高精度PWM，幫助電機(jī)控制算法達(dá)到更高電流閉環(huán)、速度環(huán)帶寬。另外，數(shù)據(jù)顯示[1]在2019年，傳統(tǒng)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的節(jié)點(diǎn)數(shù)第一次出現(xiàn)了下降，工業(yè)以太網(wǎng)成長(zhǎng)逐漸超過(guò)傳統(tǒng)RS485和CAN等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線。TIC2000最新F2838系列產(chǎn)品中，第一次在內(nèi)部集成工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議Ethercat以滿足工業(yè)4.0對(duì)通信帶寬日益增長(zhǎng)的要求，能夠使用單芯片完成總線型變頻器與伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)。另外TISitara產(chǎn)品線同時(shí)也在積極布局多總線協(xié)議，例如Profinet、EthernetIP、CC-link等。

　　隨著工業(yè)電機(jī)控制器尺寸越來(lái)越小，功率密度隨之增加。更小的空間帶來(lái)了更嚴(yán)苛的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，包括發(fā)熱、EMI和穩(wěn)定性。業(yè)界領(lǐng)先的開發(fā)商開始使用全新的功率器件像GaN和SiC來(lái)解決這些問(wèn)題。TI提供GaN產(chǎn)品LMG3410集成GaN功率管和驅(qū)動(dòng)方案，幫助客戶克服GaN高頻驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的難關(guān)。最新一代的驅(qū)動(dòng)芯片UCC2351x和UCC2171x系列產(chǎn)品，將驅(qū)動(dòng)芯片工作環(huán)境溫度推高到120℃以上，最大的驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到10A。最新隔離采樣方案AMC3301在一個(gè)芯片中實(shí)現(xiàn)隔離ADC和隔離供電的功能。這些最新方案幫助客戶解決了EMI、芯片散熱、方案尺寸等極其挑戰(zhàn)的問(wèn)題。

　　在步進(jìn)電機(jī)控制領(lǐng)域，TI的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器集成先進(jìn)的智能調(diào)整技術(shù)，它可以自動(dòng)調(diào)整步進(jìn)電機(jī)電流衰減模式，降低噪音，同時(shí)提高效率，最高可降低10℃電機(jī)運(yùn)行溫度。最新的適用于汽車行業(yè)的步進(jìn)電機(jī)DRV8889-Q1，不僅包含TI的智能調(diào)整技術(shù)，而且它還具有失速檢測(cè)功能。在電動(dòng)車智能前照燈系統(tǒng)中，失速檢測(cè)算法可以檢測(cè)到電機(jī)何時(shí)到達(dá)端點(diǎn)或撞上物體。這兩個(gè)功能都將幫助工程師顯著降低車燈由一個(gè)端點(diǎn)運(yùn)行到另一端終點(diǎn)產(chǎn)生的噪聲。在方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，提供單一芯片遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，當(dāng)用戶需要搭一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，如果完全從零開始進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)會(huì)比較困難。為此，TI推出了工業(yè)電機(jī)控制系統(tǒng)方案，直流、步進(jìn)與三相無(wú)刷馬達(dá)控制方案(包括BDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組合,BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器)等。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]HMS發(fā)布2019工業(yè)網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)份額報(bào)告[R/OL].國(guó)際工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng),(2019-5-10).

　　[2]TI工業(yè)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案[EB/OL].

　　[3]TI直流、步進(jìn)與三相無(wú)刷馬達(dá)控制方案[EB/OL].

　　工業(yè)設(shè)計(jì)方向評(píng)職知識(shí)：工業(yè)設(shè)計(jì)論文發(fā)表有什么核心期刊

　　包裝工程(半月刊)創(chuàng)刊于1972年，由中國(guó)兵器裝備集團(tuán)公司主管，中國(guó)兵器工業(yè)第五九研究所主辦。雜志內(nèi)容主要分為專論和信息兩大部分。除開報(bào)道科技信息外，還積極參與包裝工程專業(yè)的建設(shè)，努力促進(jìn)學(xué)術(shù)交流，現(xiàn)在已成為專業(yè)發(fā)展不可缺少的平臺(tái)和園地。設(shè)置欄目有：包裝科學(xué)與工程、技術(shù)專論、裝潢與藝術(shù)、工業(yè)設(shè)計(jì)、論壇以及信息與資訊。