中心議題：

• 無(wú)刷DC馬達(dá)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)吊扇高能效運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用

隨著以消費(fèi)者為主導(dǎo)的對(duì)性能更高、用戶(hù)體驗(yàn)更出色的電子設(shè)備的需求不斷增長(zhǎng)，高能效技術(shù)在各個(gè)行業(yè)及應(yīng)用領(lǐng)域不斷推動(dòng)電氣標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)的改進(jìn)。

例如，運(yùn)動(dòng)控制是目前眾多家用電器的關(guān)鍵需求，如烘干機(jī)、洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)和各種廚房器具。為了使這些設(shè)備以最佳性能工作，采用經(jīng)過(guò)改進(jìn)的新型馬達(dá)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(shì)，如實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)的工作，并大幅度降低噪聲水平。

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

在吊扇制造領(lǐng)域，這一點(diǎn)尤為明顯。吊扇往往運(yùn)行不穩(wěn)定，噪聲可能相當(dāng)大，而在悶熱的夜晚，用戶(hù)多么希望在習(xí)習(xí)涼風(fēng)之下安然入眠。這類(lèi)應(yīng)用設(shè)備正是BLDC/PMSM馬達(dá)真正大顯身手之處，因?yàn)檫@些創(chuàng)新型馬達(dá)具有高效率、高功率密度、高轉(zhuǎn)矩和低噪聲。

不過(guò)，不同于交流感應(yīng)馬達(dá)和直流有刷馬達(dá)，BLDC馬達(dá)必須配以驅(qū)動(dòng)控制電路以實(shí)現(xiàn)定轉(zhuǎn)子的高效共同運(yùn)作。對(duì)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(zhàn)，體現(xiàn)在控制電路設(shè)計(jì)或電機(jī)設(shè)計(jì)上，或者這兩方面的挑戰(zhàn)都存在。

吊扇應(yīng)用實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)、組件結(jié)構(gòu)(圖1)和驅(qū)動(dòng)電路。

圖1：吊扇應(yīng)用的組件結(jié)構(gòu)圖

在磁路設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)(torque ripple)，以便使馬達(dá)運(yùn)行更平穩(wěn)，從而更安靜。這可以通過(guò)改進(jìn)反電勢(shì)(back EMF)、磁通量分布及齒槽轉(zhuǎn)矩(cogging torque)性能來(lái)實(shí)現(xiàn)。

除了永磁體的安裝方法之外，對(duì)PMSM結(jié)構(gòu)組件的要求也類(lèi)似于傳統(tǒng)的馬達(dá)設(shè)計(jì)。例如對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、部件剛性、加工精度、轉(zhuǎn)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(yīng)特別注意：PMSM具有極高的能量密度，這意味著它比傳統(tǒng)馬達(dá)更小，而能量輸出相同，因此會(huì)帶來(lái)更多有待解決的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

至于驅(qū)動(dòng)電路，其設(shè)計(jì)旨在控制電子元器件產(chǎn)生定子磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用以運(yùn)行馬達(dá)。驅(qū)動(dòng)波形可以是方波或正弦波。方波驅(qū)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(xiàn)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(qū)動(dòng)可以產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置同步的正弦旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子運(yùn)行更平穩(wěn)、更安靜，但設(shè)計(jì)要困難得多。

集成式解決方案減少設(shè)計(jì)工作量，加快上市速度

為了應(yīng)對(duì)和超越這些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，飛兆半導(dǎo)體針對(duì)吊扇設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)新性方案(圖2)。這種控制機(jī)制使馬達(dá)能夠采用正弦波驅(qū)動(dòng)以非常低的速度運(yùn)行。該技術(shù)采用空間矢量調(diào)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(dá)平穩(wěn)安靜地旋轉(zhuǎn)。

2：飛兆半導(dǎo)體針對(duì)吊扇設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的創(chuàng)新性方案

飛兆半導(dǎo)體(Fairchild)擁有完整的馬達(dá)控制集成電路(IC)、智能電源模塊 (SPM)和功率金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)產(chǎn)品組合及專(zhuān)業(yè)技術(shù)(圖3)，可實(shí)現(xiàn)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(dá)控制的電器的制造商減少設(shè)計(jì)工作量，加快產(chǎn)品上市速度。