了解智能电机控制

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许多趋势正在推动电机驱动器更加智能地运行。首先，更智能的算法可以在给定的扭矩和速度下更有效地驱动电机。第二个是，系统效率增加时，电机是驱动在所需的确切功率水平，而不是节流。最后，电机驱动器越来越多地通过网络连接，这需要处理智能命令协议。

一类称为智能电机控制器(IMC)的集成电路(IC)已经发展，通过简化设计高性能电机控制驱动器的任务来满足这些需求。

智能电机控制器IC是一类相对较新的IC，在为多相电机(如无刷直流电机或三相交流感应电机)构建高性能电机驱动器时，可以节省大量工程费用。

imc是可编程的单ic控制器，提供高级功能，如数字转矩控制，正弦换相，场定向控制，霍尔传感器输入，制动，再生和过温管理。同时，它们直接输入转矩和速度指令，并输出6个具有穿过保护的高/低侧信号，用于外部MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT(绝缘栅双极晶体管)开关。

这些设备很好地服务于HVAC(采暖、通风和空调)、离心机、医疗设备、电动汽车、泵以及其他驱动500W或更高范围电机并要求高运行效率和智能性能的应用。

imc通常为控制电机提供更复杂的方法，并且通常还提供某种串行网络连接，如SPI或CANbus。

“智能运动控制集成电路原理图”图形显示了典型智能电机控制器IC的内部框图。它提供微处理器式的命令输入，并可以通过直接模拟电压或SPI(串行外设接口)接受转矩或速度命令。imc控制多相电动机，特别是无刷直流电动机和多相交流感应电动机。imc主要服务于更高功率，更大的电机市场，驱动器从1kW一直到500kW或更高。

随IMC提供的软件使设置开发人员的工具包与您的电机很容易，并提供功能，如自动调谐。其他将派上用场的功能包括用于优化性能的跟踪功能，以及通过串行，CANBus或以太网到PC的通信。

专用电机控制器ic已经存在很长时间了。特别是，控制特定应用的低成本ic，例如用于磁盘驱动器或磁带驱动器的低功率步进电机或无刷电机，已经可用多年。

imc的不同之处在于，它们服务于一般电机控制市场，在这些市场中，电机尺寸或负载特性是事先不知道的。此外，它们通常为控制电机提供更复杂的方法。imc通常还提供某种串行网络连接，如SPI或CANbus，而旧的专用电机控制ic则不提供。

在未来，我们可能会看到集成集成电路的作用扩展到包括其他类型的电机，如可变磁阻或开关磁阻电机。目前，大多数智能电机控制器ic被设计为与外部栅极预驱动器接口。随着imc变得越来越流行和越来越复杂，这些功能可能会被集成，从而消除对接口的需求。有一天可能会将MOSFET或IGBT桥直接集成到IMC上，但这样做会限制IMC的特定应用。

在此类应用大量存在的地方，例如白色家电或电动/混合动力汽车，这种集成将受到欢迎。然而，对于大多数工业机器制造商来说，将通用IMC与特定于应用程序的交换桥匹配的灵活性是一种更好的方法。

imc提供的特定能源效率涉及在给定的电机速度和扭矩下更有效地驱动电机。从非常简单的方法，如六步换向，到更复杂的技术，如磁场定向控制(也称为磁通矢量控制)，改进幅度在2%到10%之间，具体取决于电机和应用。对于大多数应用来说，当电机以变速或双向运行时，显著提高20%或更多的效率是可能的。

变速如何提高系统效率的经典例子是风扇，它必须每分钟输送可变量的空气。当全速运行时，高级驱动器可能比旧驱动器获得几个百分点。但是，当在低于全空气流量的情况下运行时，旧的“全开”驱动器必须与阻尼器结合使用以节流空气流量，或者在“全开”和“全关”之间变化，并具有一个占空比，以提供一定的平均空气量。在任何一种情况下，系统的效率都比节流输出的驱动器差得多，因为在全速时，破坏效率的湍流气流和阻力背压处于最高水平。

双向控制如何提高系统效率的一个例子是在旋转循环中以非常高的速度旋转的洗衣机。在这种应用中，双向速度允许洗衣机更好地分配负载，允许更高的旋转速度。这反过来又会导致干燥的衣服和烘干机所需的更少的能量。

作者信息

Chuck Lewin是Performance Motion Devices公司的创始人和工程副总裁。

智能电机控制集成电路

智能电机控制器ic可从几个不同的供应商。这种产品的一个例子是来自Performance Motion Devices的MC73110。这款紧凑的64引脚集成电路采用高密度表面贴装封装，可为三相无刷直流电机提供换向、场定向控制和MOSFET或IGBT励磁。它可以与开发人员的工具包和参考原理图一起购买，用于构建定制的高性能电机驱动器。

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