如何提高電機設計能效的創(chuàng )新解決方案

在快速、精確及動(dòng)態(tài)的動(dòng)作控制應用中，步進(jìn)電機是越來(lái)越普及的一種選擇。隨著(zhù)電機技術(shù)的發(fā)展，智能驅動(dòng)器/控制器專(zhuān)用標準產(chǎn)品(ASSP)也涌現出來(lái)，能夠高效地驅動(dòng)這些電機。這些器件為設計人員提供了更加靈活的方案，開(kāi)創(chuàng )了創(chuàng )新功能的空間，并發(fā)現了許多新的應用。

1. 雙極步進(jìn)電機驅動(dòng)及控制器

安森美半導體開(kāi)發(fā)的AMIS-3062x系列的AMIS-30623就是高效驅動(dòng)機電致動(dòng)器中的雙極步進(jìn)電機的驅動(dòng)及控制器。這款產(chǎn)品嵌入了專(zhuān)用有限狀態(tài)機及針對先進(jìn)前照燈系統(AFS)系統要求定制的本地互連網(wǎng)絡(luò )(LIN)指令集。該器件集成了非傳感控制檢測功能，能提高可靠性，減少元件數量和板上空間，降低產(chǎn)品成本。AMIS-30623專(zhuān)為遠程及多軸定位應用而設計，非傳感控制檢測功能的設計者能輕易完成精確的定位校準及半封閉式的循環(huán)操作。

AMIS-30623的LIN接口使其適用于需要連接遠程LIN主機的機械電子解決方案。這款產(chǎn)品的目標應用包括前照燈級測量、自動(dòng)HVAC設計、監控攝像頭控制、專(zhuān)業(yè)照明設備及工業(yè)機器人等。AMIS-30623的工作溫度均為-40℃至125℃，可傳輸高達800mA的可編程電流。芯片上的定位控制器可依監控類(lèi)型、定位范圍和參數的不同而修改配置。這款產(chǎn)品還具備電流保持特性。圖1是AMIS-30623的框圖。

安森美半導體的AMIS-30624步進(jìn)電機驅動(dòng)器也可用于可移動(dòng)式拍攝全景-上下擺動(dòng)-放焦變大(PTZ)保安攝像機應用。該器件通過(guò)I2C總線(xiàn)以簡(jiǎn)單的微控制器驅動(dòng)3個(gè)電機。該拓撲結構支持極緊湊的攝像機設計，有助于降低成本及提供精確的工作。

AMIS-3062x單芯片解決方案的核心是一個(gè)數字運動(dòng)控制器和一個(gè)H橋布局的50mA至800mA雙極兩相步進(jìn)電機驅動(dòng)器。這種驅動(dòng)器提供微步進(jìn)(micro-stepping)操作，因此不再需要在速度、噪聲和共振導致的失步(step loss)之間進(jìn)行權衡。運動(dòng)控制器提供可編程峰值電流，采用20kHz PWM電流控制方案。它還集成了系統通信接口，有LIN或I2C接口可供選擇。在包括汽車(chē)工業(yè)在內的遠程或分布式應用中，LIN架構可以減少布線(xiàn)和改善EMC性能。配有I2C的器件更適合在獨立PCB上與本地微處理器一起用作外圍設備。

該系列器件的主要優(yōu)點(diǎn)是，所有針對應用的運動(dòng)控制功能都可以在廠(chǎng)內進(jìn)行預編程，明顯減少了工程師的編碼工作。如果選擇器件的閃存版本，還可以在開(kāi)發(fā)應用及之后測試和調試軟件時(shí)進(jìn)行再編程。這將顯著(zhù)加快設計更新的速度。2. 步進(jìn)電機的精確動(dòng)態(tài)控制

隨著(zhù)步進(jìn)電機出現在越來(lái)越多的應用場(chǎng)合，設計人員也在繼續追求高精度的定位。此外，其高能效、高性能及逐漸縮小的尺寸等特性，也使其對紡織機、機器人、計算機數控銑雕機等設備的吸引力與日俱增。安森美半導體的AMIS-305xx系列就是用于需要精確動(dòng)態(tài)控制步進(jìn)電機系統的ASSP，它能夠以SPI接口提供可變電機電流控制，進(jìn)而實(shí)現精確的動(dòng)態(tài)控制。

AMIS-305xx系列集成了轉換器，將連續步長(cháng)轉換為所需的線(xiàn)圈電流(可通過(guò)查找表或其他方式)。該系列還集成了采用H橋配置的驅動(dòng)器晶體管、反激二極管、經(jīng)PWM的片上穩流，以及多種保護電路。圖2是AMIS-30522應用框圖。

該系列IC包含兩個(gè)內置H橋，能夠以最高達1600mA的電流驅動(dòng)雙相步進(jìn)電機。速度和負載角輸出使主微控制器能夠檢測阻轉轉子和運行結束狀況，而無(wú)需額外的開(kāi)關(guān)、霍爾(Hall)傳感器或光學(xué)編碼器。除了停轉檢測，這些功能還允許設計人員為微控制器編程，以計算轉子位置，并按要求動(dòng)態(tài)調節電流或速度，以防止失步。它還完美實(shí)現了微步進(jìn)，能夠消除終點(diǎn)停止的噪聲和震動(dòng)，并在無(wú)需添加元件的情況下提升運動(dòng)控制的精確度和可靠性。

在構建加工、汽車(chē)、安全和建筑自動(dòng)化應用時(shí)，工程師不必再擔心運動(dòng)算法中的動(dòng)力學(xué)設計，因為這些均已嵌入在A(yíng)SSP中。他們只需設計電機的總體運動(dòng)，而相關(guān)IC可以實(shí)現無(wú)傳感器失速檢測等先進(jìn)特性，從而更進(jìn)一步簡(jiǎn)化設計人員的工作，加快產(chǎn)品上市時(shí)間。此外，這些新的微型步進(jìn)電機驅動(dòng)器還可使設計人員用最少的元件和最低的材料成本快速而簡(jiǎn)便地完成動(dòng)態(tài)運動(dòng)應用。3. 其他電機驅動(dòng)控制解決方案

安森美半導體的NCV770x系列驅動(dòng)器也常用于驅動(dòng)HVAC電子控制單元中的氣瓣。這個(gè)系列半橋驅動(dòng)器提供了高性?xún)r(jià)比的方案，可以用串聯(lián)或并聯(lián)方式驅動(dòng)多個(gè)有刷直流電機，同時(shí)也完全滿(mǎn)足了壽命周期內可靠性、診斷、電池供電瞬態(tài)等方面的最新汽車(chē)標準。

總結