• 2017-6-6

    对更高功率密度的需求推动电动工具创新解决方案

    作者:Brett Barr1 电动工具中直流电机的优先配置已从有刷直流大幅转向更可靠、更有效的无刷直流(BLDC)解决方案。典型的诸如斩波器配置的有刷直流拓扑通常根据双向开关的使用(或不使用)实现一个或两个功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。另一方面,三相BLDC配置需要三个半桥或至少六个场效应管(FET),因此从有刷电流转向无刷电流意味着全球电动工具FET总区域市场的3倍到6倍倍增(见图1)。作为推动TI的NexFET™功率MOSFET的一员,我很难抱怨这一市场趋势。 图 1 :从有刷到无刷拓扑的转换意味着 FET 数量的 6 倍倍增 但BLDC设计在这些FET上提出了新的技术要求。例如,若电路板上FET的数量6倍倍增也意味着驱动电机所需的印刷电路板...
    • 2017-5-4

    精度?分辨率?弧分?如何管理您的电机控制设计

    想象一下您今早开车上班的路上:交通灯变绿,您立刻踩下油门,车在几秒钟内快速响应,继续驶向公司。这个过程看似简单,但实际上,车内却发生了一系列的复杂操作。让我们一起来看看吧。 当您踩下踏板时,电机将通过转轴向车子提供必要的扭矩,随后牵引电机驱动车辆前进。牵引电机(通常为三相同步电机)由复杂的电路控制,包括多个晶体管、电机驱动器,以及保护和反馈控制。反馈控制信号由电机位置传感器(见图1)以模拟角度输出信号的形式发出(注意,所有现实世界的信号都是模拟的)。借助于模拟-数字转换器(ADC),连续的模拟信号被转换成数字域。理想的情况下,您可以将连续的模拟信号分解成无限数量的数位步进,但在现实世界中,ADC的模拟信号量化是有限的数量步进,而由此导致的误差称为量化误差。这里便涉及到“精度”和“分辨率”这两个术语...
    • 2017-2-20

    电机驱动集成的故事

    就像每个MOSFET需要一个栅极驱动器来切换它,每个电机后面总是有一个驱动力。根据复杂程度和系统成本、尺寸和性能要求,驱动电机的方式多样。 最简单和离散的解决方案是由两个晶体管组成的图腾柱/推挽电路。这些晶体管可以是NPN和PNP晶体管的不同组合,产生将输入逻辑信号转换为高电流信号的放大器,其反之又导通和关断MOSFET和IGBT。在图1中,发射器被连接,以给出放大输出以驱动FET。这种解决方案已广泛用于许多不同的应用,包括电动机驱动,主要是由于其成本低并易于使用,但仍然存在一些限制和缺点。 图 1 :典型的推挽 / 图腾柱栅极驱动电路 例如,晶体管可以产生热,这在一些系统中引起热问题。或者两个晶体管都可以短暂接通,这导致电路直通。对于PCB空间有限的应用...
    • 2017-1-22

    氮化镓晶体管在高速电机驱动领域开辟新前沿

    与开关模式电源不同,三相电机驱动逆变器通常使用低开关频率;只有几万赫兹。大功率电机尺寸较大,具有高电感绕组;因此,即使在低开关频率下,电流纹波也是可以接受的。随着电机技术的进步,功率密度增加;电机的外形尺寸变小,速度更快,需要更高的电频率。 具有低定子电感的低压无刷直流或交流感应电机越来越多地或专门用于伺服驱动、CNC(计算机数控)机器、机器人和公用无人机等精密应用中。为了将电流纹波保持在合理范围内,这些电机——由于其低电感——要求高达100kHz的开关频率;相电流纹波与PWM(脉冲宽度调制)开关频率成反比,并转换为机械中的转矩脉动,产生振动,降低驱动精度和效率。 那么工程师为什么不增加开关频率呢?正如工程中的一贯原则,这是一种折衷的做法...
    • 2016-12-27

    通过基于符合EMC标准的旋转变压器传感器接口设计以提高工业驱动器的可靠性

    旋转变压器在伺服驱动器等工业驱动器中提供准确、高可靠的位置反馈,特别是在带灰尘和温度高于150℃的恶劣工业环境中。旋转变压器是绝对机械角度传感器,作为可变耦合变压器工作。这意味着初级绕组和两个次级绕组之间的磁耦合量,根据通常安装在电机轴上的旋转元件(转子)的角位置而变化。旋转变压器可长时间承受恶劣条件,使其成为工业电机控制、伺服、机器人(包括服务机器人和制造机器人)、混合动力和全电动车辆的动力传动系单元,及其它许多需要精确的轴旋转应用的最佳选择。 在其设计中使用旋转变压器的工业驱动器制造商更多地关注设计的鲁棒性、绝对角度测量的可靠性和整体系统成本。因为旋转变压器包括用于输入和输出的差分信号,这极大地提高了它们抑制共模噪声的能力。电磁兼容性(EMC)在定义驱动鲁棒性方面起着重要作用。EMC必须符合特定标准...
    • 2016-12-27

    如何为步进电机、继电器和LED创建动态电源解决方案

    正如您从我 之前的博客 中看到的,我的灵感源及所学知识多数源于我父亲对我的影响。有一个建议一直萦绕在我脑海:“两次测量,一次剪裁。”然而,作为工程师,每当我们为步进电机、LED和其他外设设计一个控制或电源电路遇到挑战时,我们期望让系统适应具体的规则和条件。我们基本上是进行两次测量,但只针对一组特定条件。事后的任何变化只意味着额外成本和评估时间,这可能是任何项目的一个痛点。或正如我的父亲所说:“您已将其剪裁,不可能再将其回复原貌! 那么,当您需要多个系统或配置的解决方案时会发生什么?如何确保您在拥有可为电机供电的系统,和在设计完成后灵活添加其它高压设备之间保持平衡?我建议使用系统的一个模块或子集来启动稍后可进行缩放的设计。 接口灵活性 ...
    • 2016-12-21

    加速到更高性能

    设计实时控制系统的工程师不断面临优化性能的挑战。这些系统需要最小的延迟,其中采样、处理和输出之间的时间延迟必须处在紧凑的时间窗口内,以便满足性能规格。控制系统的核心是用于计算控制信号的数学密集算法。利用可快速有效地执行数学运算的微控制器(MCU)是实现这一目标的关键。理想情况下,该MCU将能够在中央处理单元(CPU)执行其它所需任务的同时执行实时控制回路。一些系统甚至可能需要支持使用相同MCU的电力线通信(PLC)。 为此,TI C2000™MCU集成了多达四个集成的片上硬件加速器,可在许多实时应用中显著提高设备性能。四个加速器包括浮点单元(FPU)、实时协处理器控制律加速器(CLA)、三角计算单元(TMU)和维特比、复数数学、CRC单元(VCU)。 ...
    • 2016-10-23

    电动车系统中的其他电机(第1部分)

    当您听到EV(电动汽车)时,您可能会立即想到沿着高速公路快速行驶的。但实际上,电动汽车的产品类别众多。EV为任意运输装置,其推进系统由电机(混合电动/内燃系统将被称为混合电动)驱动,但是该术语的定义甚至可扩展到电动和非电力推进系统的电气化(使用电动机来替换液压或皮带驱动系统)。这种电气化通常导致需要其他电力转换子系统;电池管理,电池充电(车载或车外站),再生/再生充电, DC-DC转换 和DC-AC逆变。 对于这一讨论,我们想关注电机控制子系统。同样,您可能首先想到的是出色的多千瓦交流(异步感应或永磁同步)推进(牵引)电机,其是大型汽车、公共汽车和车队车辆所用的动力装置(和内燃机更换装置或补充物)。这些牵引电机——即使用于如小型电动车那样更小的物体,也会产生移动车辆所需的扭矩...
    • 2016-8-30

    新一代吊扇与排气扇利用 无刷直流 驱动技术提升效率并实现高功率因数

    新一代 吊扇 的关键要求包括高效、高功率因数 (PF) 与低输入电流总谐波失真 (THD)。因此,其设计针对无刷直流 (BLDC) 吊扇与基于功率因数控制 (PFC) 的输入功率级设有一个驱动。 BLDC驱动具有传统上使用的分立电路,包括高端微控制器、栅极驱动器、分立MOSFET、一个辅助电源以及传感与保护电路。TI的 DRV10983 为高度集成受保护型单片无传感器正弦波BLDC电机控制器,可取代BLDC驱动的全部电路。这使基于 DRV10983 的BLDC驱动卓具成本效益并易于制造。 TI的电源操作式24V、30W BLDC电机驱动采用高效、高功率因数电源参考设计, 利用该单片解决方案针对低于30 W的吊扇应用实现完整的即时适应型驱动。输入功率级提供91.5%的峰值效率并在大范围输入电压下实现大于0...
    • 2016-8-30

    当低压BLDC电机驱动电器子系统时会发生什么

    鉴于高效性、较低可听噪音与长使用寿命周期,无刷直流 (BLDC) 电机广泛应用于诸如冰箱、洗碗机和洗衣机的风扇与泵等家用电器子系统。这些子系统通常需要低于100W的电机输出功率,并且通常采用由110/230V AC 电源产生的高直流电压(超过150/300V)驱动。在本博文中,我将讨论利用低压(通常24V)电机驱动电器子系统的备选解决方案。 对于高压电机,交流电源经整流可获得高压直流母线,由此可驱动包括分立绝缘栅双极晶体管 (IGBT)、MOSFET或集成功率模块 (IPM) 的倒相级。该系统通常需要一个偏置电源,以向控制器单元提供5V DC 或3.3V DC 供电或向栅极驱动器提供12V或15V供电。图1所示为典型的高压电机控制系统方框图。 ...