中心議題：

• 無(wú)刷DC馬達設計實(shí)現吊扇高能效運動(dòng)控制應用

隨著(zhù)以消費者為主導的對性能更高、用戶(hù)體驗更出色的電子設備的需求不斷增長(cháng)，高能效技術(shù)在各個(gè)行業(yè)及應用領(lǐng)域不斷推動(dòng)電氣標準和設計的改進(jìn)。

例如，運動(dòng)控制是目前眾多家用電器的關(guān)鍵需求，如烘干機、洗衣機、冰箱、空調和各種廚房器具。為了使這些設備以最佳性能工作，采用經(jīng)過(guò)改進(jìn)的新型馬達控制技術(shù)是關(guān)鍵所在。此外，能效的提高不僅有益于所有人，新技術(shù)還能夠提供更多的優(yōu)勢，如實(shí)現更平穩的工作，并大幅度降低噪聲水平。

制造商正在應對這些挑戰。我們注意到了這樣一個(gè)變化趨勢，即低效交流感應馬達逐漸被淘汰，人們轉向采用高效的替代方案，如無(wú)刷直流(BLDC)和永磁同步馬達(PMSM)。

在吊扇制造領(lǐng)域，這一點(diǎn)尤為明顯。吊扇往往運行不穩定，噪聲可能相當大，而在悶熱的夜晚，用戶(hù)多么希望在習習涼風(fēng)之下安然入眠。這類(lèi)應用設備正是BLDC/PMSM馬達真正大顯身手之處，因為這些創(chuàng )新型馬達具有高效率、高功率密度、高轉矩和低噪聲。

不過(guò)，不同于交流感應馬達和直流有刷馬達，BLDC馬達必須配以驅動(dòng)控制電路以實(shí)現定轉子的高效共同運作。對于某些吊扇制造商而言，這一需求可能會(huì )帶來(lái)一些技術(shù)上的挑戰，體現在控制電路設計或電機設計上，或者這兩方面的挑戰都存在。

吊扇應用實(shí)現最低噪聲的關(guān)鍵因素

為了減少噪聲，必須努力改進(jìn)磁路設計、組件結構(圖1)和驅動(dòng)電路。

圖1：吊扇應用的組件結構圖

在磁路設計中，應注意減少轉矩脈動(dòng)(torque ripple)，以便使馬達運行更平穩，從而更安靜。這可以通過(guò)改進(jìn)反電勢(back EMF)、磁通量分布及齒槽轉矩(cogging torque)性能來(lái)實(shí)現。

除了永磁體的安裝方法之外，對PMSM結構組件的要求也類(lèi)似于傳統的馬達設計。例如對結構設計、部件剛性、加工精度、轉子動(dòng)態(tài)平衡、軸承和組合裝配之間的擬合間隙的要求幾乎都一樣。不過(guò)，應特別注意：PMSM具有極高的能量密度，這意味著(zhù)它比傳統馬達更小，而能量輸出相同，因此會(huì )帶來(lái)更多有待解決的設計挑戰。

至于驅動(dòng)電路，其設計旨在控制電子元器件產(chǎn)生定子磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與轉子磁場(chǎng)相互作用以運行馬達。驅動(dòng)波形可以是方波或正弦波。方波驅動(dòng)可以通過(guò)6個(gè)脈沖提供一個(gè)360°的磁場(chǎng)；這種控制實(shí)現方法十分簡(jiǎn)單，不過(guò)很難抑制相位變換過(guò)程中的振動(dòng)和噪音。正弦波驅動(dòng)可以產(chǎn)生與轉子的旋轉位置同步的正弦旋轉磁場(chǎng)，使轉子運行更平穩、更安靜，但設計要困難得多。

集成式解決方案減少設計工作量，加快上市速度

為了應對和超越這些設計挑戰，飛兆半導體針對吊扇設計開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng )新性方案(圖2)。這種控制機制使馬達能夠采用正弦波驅動(dòng)以非常低的速度運行。該技術(shù)采用空間矢量調制(SVM)和一個(gè)最佳角度，使電路能夠產(chǎn)生合適的正弦波，讓馬達平穩安靜地旋轉。

2：飛兆半導體針對吊扇設計開(kāi)發(fā)的創(chuàng )新性方案

飛兆半導體(Fairchild)擁有完整的馬達控制集成電路(IC)、智能電源模塊 (SPM)和功率金屬氧化物半導體(MOS)產(chǎn)品組合及專(zhuān)業(yè)技術(shù)(圖3)，可實(shí)現集成式BLDC解決方案。這類(lèi)解決方案不僅可以滿(mǎn)足客戶(hù)的各種需求，如獲得安靜的一夜好眠，還能夠幫助吊扇及其它需要馬達控制的電器的制造商減少設計工作量，加快產(chǎn)品上市速度。