安森美半導(dǎo)體用于辦公自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用的高能效步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器方案

電機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，遍及人們工作及生活的各個(gè)領(lǐng)域，如打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、投影儀、電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)、燃?xì)庠?、照相機(jī)、ATM機(jī)、電動(dòng)縫紉機(jī)、保安攝像機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)、熱水供應(yīng)系統(tǒng)、園林灌溉系統(tǒng)及工業(yè)自動(dòng)化等。

在節(jié)能越來(lái)越受重視的當(dāng)今，高能效的驅(qū)動(dòng)電機(jī)顯得尤為重要。從類型上看，電機(jī)包括交流電機(jī)、直流有刷電機(jī)、直流無(wú)刷電機(jī)、永磁同步電機(jī)、伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)等。其中，步進(jìn)電機(jī)采用脈沖工作，也稱作數(shù)字電機(jī)或脈沖電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角與脈沖數(shù)量成正比，速度則與脈沖頻率成正比，可通過(guò)控制脈沖數(shù)量來(lái)精確控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，使其非常適合于定位應(yīng)用。本文將探討步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的常見挑戰(zhàn)，并重點(diǎn)介紹安森美半導(dǎo)體針對(duì)辦公自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用的高能效步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器方案。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的常見挑戰(zhàn)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)器能用于多種不同的應(yīng)用。設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)中使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí)面對(duì)一些共通的挑戰(zhàn)。首先，當(dāng)今的大多數(shù)設(shè)計(jì)都要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用及相關(guān)電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC和元件提供低能耗和高能效。例如，在如果風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)器電路板位于密封殼體內(nèi)部，就會(huì)產(chǎn)生熱量，要求額外的能耗來(lái)將它冷卻。因此，就需要使用內(nèi)置風(fēng)扇在內(nèi)部環(huán)流冷風(fēng)，以減少熱量并管理散熱。故工程師可能會(huì)要求低功率損耗，同時(shí)還要求強(qiáng)大、具備高能效冷卻功能的電機(jī)。

圖1. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用示例及其常見挑戰(zhàn)。

其次，從終端用戶角度來(lái)講，極需要降低電機(jī)產(chǎn)生的噪聲，以避免造成不適的感覺(jué)。設(shè)計(jì)人員還必須能夠補(bǔ)償系統(tǒng)中的任何外部噪聲或振動(dòng)。再次，無(wú)論是因?yàn)榫幼】臻g有限或是用戶偏好，消費(fèi)者對(duì)緊湊型方案的需求高是一項(xiàng)普通的消費(fèi)趨勢(shì)。這趨勢(shì)導(dǎo)致更小尺寸及低噪聲的電機(jī)更受偏好，但這在嘗試補(bǔ)償其它設(shè)計(jì)要求時(shí)并不總是具有可能性。

值得注意的是，由于要求高壓電源來(lái)驅(qū)動(dòng)白家電及工業(yè)等應(yīng)用，電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的耐用性及安全性至關(guān)重要。更不用說(shuō)工程師需要選擇能夠精確控制速度的可靠電機(jī)。

永磁型和混合型步進(jìn)電機(jī)的工作原理

步進(jìn)電機(jī)常用于精密控制應(yīng)用，并采用像微步進(jìn)的技術(shù)來(lái)減輕電機(jī)振動(dòng)。圖2顯示了永磁型步進(jìn)電機(jī)及混合型步進(jìn)電機(jī)的工作原理圖解。步進(jìn)電機(jī)以數(shù)字脈沖形式工作，通常稱作同步電機(jī)或脈沖電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)導(dǎo)通及關(guān)閉MOSFET來(lái)控制轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖2. 永磁型及混合型步進(jìn)電機(jī)的工作原理。

以圖2左側(cè)為例，當(dāng)電流流過(guò)MOSFET開關(guān)OUT1和OUT2時(shí)，永磁轉(zhuǎn)子的位置如左圖所示?？刂芆UT1、2、3及4的電流，就可以控制轉(zhuǎn)子位置。轉(zhuǎn)角與脈沖數(shù)量成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖的頻率成正比。您可以藉控制脈沖數(shù)量來(lái)精密地控制轉(zhuǎn)子位置，使其適合于定位。