家用電器對降低噪音、提升能效的需求越來越突出，從傳統的交流感應電機轉換為BLDC電機成為趨勢。這其中，有哪些設計挑戰需要解決？BLDC電機設計有哪些注意要點？

Omdia高級研究分析師Noman Akhtar表示：“由于電源效率提高和自動化等趨勢以及設計更低噪聲電機的需求，人們對實時電機控制的需求比以往任何時候都更為迫切。越來越多的工業系統正在從交流感應電機過渡到更節能的BLDC電機，但需要複雜的硬件和優化的軟件設計才能提供高性能。滿足設計人員對加快電機響應需求的同時縮短整體設計周期，将是下一代工業系統向前發展的重要一步。”

德州儀器 (TI)電機驅動器業務部門總經理Kannan Soundarapandian認為設計挑戰主要在于三方面：第一， BLDC驅動系統控制更為複雜，開發周期也相對較長；第二，在複雜系統中所需的硬件電路闆、器件等也更多，比如設計BLDC電機驅動器，就需要類似變頻器的電路闆，做電流采樣、開關器件的切換等，電路闆尺寸也會變大；第三，系統軟硬件開發周期變長，系統成本增加。

BLDC三大趨勢：無需編程、高度集成化、實時控制

如何解決這些挑戰？Kannan Soundarapandian介紹，無需編程、高度集成化、實時控制等正在成為BLDC電機驅動的主要趨勢。TI最新推出的70W BLDC電機驅動器，可提供無需編程、無傳感器的梯形和磁場定向控制 (FOC)。使工程師能夠在10分鐘内啟動BLDC電機，可為工程師設計各種工業系統（如大型和小型家用電器）和醫療應用（如呼吸機和持續氣道正壓通氣機器）減少數周的設計時間。通過集成實時控制功能和包括MOSFET在内的18個分立式元件，這一驅動器加快了系統響應，并縮小70%的布闆空間，同時提供更好的聲學性能。

Kannan Soundarapandian介紹了最新推出的兩款芯片MCF8316A和MCT8316A，兩款芯片采用不同技術，第一種叫磁場定向控制，第二種叫梯形控制，兩種都不需要傳感器。通過這兩款芯片，可以把整個方案的尺寸減少70%。

首先，MCF8316A和MCT8316A包括一系列獨特的換向控制算法，無需開發、維護和驗證電機控制軟件，可減少數周的設計時間。這些算法和高度的集成特性可以使電機驅動器能給更好地管理電機故障檢測等關鍵功能，同時實施保護機制，從而提高系統可靠性。這些電機驅動器集成了無傳感器技術來确定轉子位置，因此無需外部霍爾傳感器，從而降低了系統成本并提高了可靠性。

其次，兩款芯片都通過内置實時控制加快系統響應。MCT8316A可以達到最大3.5kHz的電機頻率，這在需要快速和精确電機控制的掃地機器人等應用中加快了系統響應。

兩款芯片有一個共同功能——防止總線電壓的泵升。當BLDC電機正在高速運轉而需要快速降低它的速度時，這時候電機會變成發電機，由于電機本身有能量，就會反灌到驅動器總線上，帶來的問題就是總線電壓會上升，導緻總線電容、變頻器等部分MOS管燒壞。這兩款芯片通過内置實時控制功能，可以實時檢測總線電壓、動态調整電機降速的比例，始終保持總線電壓是安全的，通過這種方式，能夠實現降低轉速，同時又能保證總線電壓不超标，并且降速時間比傳統時間快50%。

第三，MCF8316A包括一項獲得專利的精密自動死區時間補償技術，可補償電流失真，使工程師能夠優化電機聲學性能。MCT8316A包括不同的梯形控制技術，設計人員可以使用這些技術來降低電機噪聲，在空氣淨化器、冰箱、洗衣機和風扇等應用中實現業界出色的聲學性能。

第四，MCF8316A和MCT8316A可使設計人員縮小高達70%的布闆空間，并降低電機系統的總成本。這些器件集成了三個栅極驅動器和六個高側和低側MOSFET，每個均具有50mΩ的導通電阻 (RDS(on))。這使得BLDC電機驅動器可在12V和24V系統中提供高達70W的功率和8A的峰值電流。這些電機驅動器還集成了例如低壓降（LDO）穩壓器、直流/直流降壓穩壓器和電流檢測放大器等元件，省去了多達18個分立式元件。

TI将繼續擴展BLDC産品組合

為什麼推出無傳感器的BLDC電機？Kannan Soundarapandian首先介紹了有無傳感器的區别，傳感器的目的就是為了找到電機轉子的位置，比如流行的霍爾傳感器，能夠直接裝到電機内部，将轉子的位置發送給芯片。而無傳感器技術是通過檢測電流，并且内部集成了對電機電阻、電感和反電勢系數等參數的算法識别，能夠實時計算出目前電機轉子的位置信息，去取代傳感器的信息。通過開發無傳感器的技術，省去了傳感器的各種角度、校正等，增強了系統的可靠性，并且降低了總體系統成本。

“電機在電器内部運行時會發出噪聲，因此在電器應用中可能會成為“麻煩事”。無刷直流電機通常是最安靜的電機類型，尤其是與機械換向、電刷産生噪音的有刷直流電機相比，因此BLDC電機越來越風靡”， Kannan Soundarapandian表示，“未來，TI将繼續擴展BLDC産品組合，包括控制器、驅動器和符合汽車安全等級認證的栅極驅動器等産品。憑借可在任何電壓下提供超高功率密度的廣泛産品組合，幫助用戶快速實現平滑、準确的電機運動，而不會影響系統和設備的穩健性。”

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