“有數(shù)據(jù)顯示，全球45%的能量是電機消耗的，提高電機能效意義重大。為應對能源消耗，全球很多國家在能效上均發(fā)布了相關(guān)標準。將傳統(tǒng)交流感應電機轉(zhuǎn)換為高效率的BLDC電機是提高能效的有效手段，與此同時卻帶來了新的挑戰(zhàn)?！?a class="innerlink" href="http://theprogrammingfactory.com/tags/德州儀器" target="_blank">德州儀器（TI）電機驅(qū)動器業(yè)務部門總經(jīng)理Kannan Soundarapandian如是說道。
人們需要的是噪聲更低、能效更高的電器
為追求空間敞亮和使用靈活性，在如今的家居空間設計中，“開放性”受到追捧。這就意味著在如今的客廳空間里會放置更多的家電產(chǎn)品，如冰箱、油煙機、洗碗機、洗衣機、烘干機等。這些家電產(chǎn)品的噪音交織在一起，會對空間環(huán)境造成很大的噪音污染。在解決噪音方面，通常有三種方法：
（1）阻止傳播。從傳播路徑上進行阻斷，如非開放性空間設計中的墻，或通過吸音系統(tǒng)阻止噪聲傳播。
（2）改變噪聲。利用一些技術(shù)手段改變聲音，如分析噪音頻率，利用一些手段改變它。
（3）從源頭避免。從源頭上避免產(chǎn)生噪音，這也是TI最推崇的一種方法。
常用電器的平均噪聲水平（圖源：TI公司）
每一個家電產(chǎn)品都會發(fā)出噪音，因不同的電機運轉(zhuǎn)情況，產(chǎn)生的噪音大概從40-100dBA不等（測量聲音的距離通常為人與電器之間的距離，來源：Nonoise.org）。在開放性空間環(huán)境下，人們對改善噪音的需求比以往更加強烈。
與此同時，能效也是人們在選購家電產(chǎn)品時重要關(guān)注的問題。在中國，我們常常會見到電器的右上角貼有“中國能效標識”標簽。類似這種能效標志也出現(xiàn)在很多其他的國家，為了應對能源消耗，各國發(fā)布了相應的能源消耗限制值。
各國政府的能效標志（圖源：TI公司）
“有數(shù)據(jù)顯示，全球45%的能量是電機消耗的，提高電機能效意義重大。為應對能源消耗，全球很多國家在能效上均發(fā)布了相關(guān)標準。將傳統(tǒng)交流感應電機轉(zhuǎn)換為高效率的BLDC電機是提高能效的有效手段，與此同時卻帶來了新的挑戰(zhàn)?！钡轮輧x器（TI）電機驅(qū)動器業(yè)務部門總經(jīng)理Kannan Soundarapandian如是說道。
（1）驅(qū)動BLDC，因其系統(tǒng)控制復雜，開發(fā)周期也很長。
（2）由于系統(tǒng)復雜，因而需要的硬件電路板、器件也會非常多，如變頻器電路板、開關(guān)器件等，電路板尺寸也會相應變大。
（3）軟硬件開發(fā)周期帶來的開發(fā)成本、器件增加帶來的材料成本增加，導致系統(tǒng)成本也相應增加。
BLDC電機驅(qū)動器在發(fā)展
針對BLDC電機在使用中面臨的開發(fā)周期長的問題，TI認為不需要編程會是很好的解決辦法，可以省去軟件開發(fā)的周期。然而，即使不需要開發(fā)軟件，BLDC電機在應用中依然存在一些問題：
（1）由于軟件已經(jīng)編好不能再改變，它帶來的首要問題是很難優(yōu)化性能。
（2）不同電機生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出的電機存在不一致性，將會導致最終產(chǎn)品性能的不一致性。
此外，為了應對電路板尺寸增加造成的成本上升，BLDC電機驅(qū)動器逐漸向高度集成化發(fā)展，由此帶來諸多亟待改善之處。
兩款新品讓問題變得簡單
近日，TI推出了業(yè)內(nèi)先進的70W無刷直流 (BLDC) 電機驅(qū)動器，用于提供無需編程無傳感器的梯形和磁場定向控制 (FOC)。新產(chǎn)品的具體型號是MCF8316A和MCT8316A，逐一解決了BLDC驅(qū)動器的各種挑戰(zhàn)：
（1）無需編程，縮短客戶開發(fā)周期。即便已經(jīng)設計好軟件，在進行軟件性能的優(yōu)化時也會耗費很多時間。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，一個資深的電氣工程師調(diào)諧一個電機需要花費數(shù)周或數(shù)月。TI此次推出的新品可以將這段時間縮短到10分鐘。
（2）采用實時控制。通過閉環(huán)控制一方面能夠快速響應客戶目標設定的變化，另一方面可以應對外部復雜的變化。如當吸塵器負載突然加重時，使用實時控制，吸力不會變少。
（3）降低噪音最根本的方式是從源頭來消除，TI的芯片有很多先進的設計可以降低噪音的產(chǎn)生。
更小的布板空間
MCF8316A和MCT8316A兩款芯片采用不同的技術(shù)，分別是磁場定向控制和梯形控制，都不需要傳感器。通過這兩個產(chǎn)品，可以將整個方案的尺寸減少70%。
布板空間減小多達70%（圖源：TI公司）
電機驅(qū)動至少包含三部分：MCU、MOSFET功率器件、柵級驅(qū)動。全分立的方法即MCU搭配門級驅(qū)動電路，再加一些分立的MOSFET，需要28個器件，面積約7cm2；集成式柵極驅(qū)動器方案將MOSFET功率器件集成進去后，尺寸面積實現(xiàn)了縮?。坏谌N方法是將柵級驅(qū)動和MCU集成在一起，進一步縮小面積。
MCF8316A和MCT8316A將三大功能全部集成在一款芯片里，面積僅約2 cm2，這些器件集成了三個柵極驅(qū)動器和六個高側(cè)和低側(cè)MOSFET，每個均具有50mΩ的導通電阻 (RDS(on))。這使得TI先進的BLDC電機驅(qū)動器可在12V和24V系統(tǒng)中提供高達70W的功率和8A的峰值電流。這些電機驅(qū)動器還集成了例如低壓降（LDO）穩(wěn)壓器、直流/直流降壓穩(wěn)壓器和電流檢測放大器等元件，將周邊的器件由28個降低為10個。
快速實時控制
兩款芯片都可以防止總線電壓的泵升。通常當BLDC電機高速運轉(zhuǎn)而需要快速降低它的速度時，電機會變成發(fā)電機，這時電機本身的能量會反灌到驅(qū)動器的總線上，帶來總線電壓上升，總線電容、變頻器等部分的MOS管會因此而燒掉。TI兩款芯片的實時控制功能會實時檢測總線電壓，同時會動態(tài)地調(diào)整降速的比例，始終保持總線電壓是安全的。通過這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)降低轉(zhuǎn)速，同時又能保證總線電壓不超標，并且降速時間比傳統(tǒng)時間快50%。這是這兩款芯片共同的功能。
兩款新品各具特色
磁場定向控制（FOC）和梯形控制還各有其特點。
無傳感器BLDC 控制方法（圖源：TI公司）
MCF8316A是磁場定向控制的芯片，電機參數(shù)不需要電機廠家提供，電機啟動時可以實現(xiàn)參數(shù)自動識別。這解決了對同一個電機廠商生產(chǎn)出的同一批電機參數(shù)不一致的擔憂，且調(diào)整供應商后不需要重復檢測電機參數(shù)。此外，芯片可以自動配置PI參數(shù)，省去電機控制工程師復雜的修正工作，進而大大地加速設計時間。
聲學性能方面，MCF8316A與傳統(tǒng)的控制方式相比，可以將噪聲降低多達2dBA。奧秘在于芯片采用了TI專利的精密自動死區(qū)時間補償技術(shù)，可補償電流失真，使電流波形更加正弦化，實現(xiàn)電機聲學性能的優(yōu)化。
MCT8316A采用梯形控制，同樣有它的一些特點：
（1）可以簡化接口。大部分電機控制芯片需要配備微控制器（MCU），完成閉環(huán)控制，MCT8316A則自動帶閉環(huán)控制，使系統(tǒng)更加簡化。使用5個硬件接口就可以進行配置、控制，實現(xiàn)速度閉環(huán)和扭矩的控制。
（2）可以實現(xiàn)快速實時控制。由于它采用了實時控制，可以為需要快速實時控制的應用提供高達3.5 kHz的電機速度，這種高速的輸出功能對吸塵器或者無人機等器件來說是非常重要的功能。
（3）可以減少噪音。芯片含有一些經(jīng)過優(yōu)化的噪音設計，通過內(nèi)部的先進算法，使工程師能夠非常容易地降低噪音。
系統(tǒng)成本更低
從交流感應電機過渡到BLDC電機可以降低功耗、減少噪音，而系統(tǒng)設計成本卻出現(xiàn)攀升，但從整個系統(tǒng)生命周期的成本來看，這一選擇實則更具性價比。
一方面，同性能水平的BLDC電機將帶來10%-15%的能效提高，系統(tǒng)設計中包括散熱方面在內(nèi)的成本會相應減少；另一方面，MCF8316A和MCT8316A支持BLDC電機，相對交流感應電機整體的生命周期更長，從整體生命周期來看，成本相對更低。
MCF8316A和MCT8316A兩款芯片支持到70W，可以支持高速的應用。對噪聲和能效有較高要求的家電產(chǎn)品是其非常適合的一個市場，如風扇、吸塵器等。此外，由于芯片內(nèi)部集成了多種功能，非常適用于各種不同的電機，因此對于水泵、油泵、風機等相關(guān)的應用領(lǐng)域都可以廣泛地覆蓋到。
