電機(jī)又稱馬達(dá)，是一種依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的裝置，主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，作為電器或各種機(jī)械的動(dòng)力源。 按工作電源來(lái)分，電機(jī)包括交流(AC)電機(jī)和直流(DC)電機(jī)。其中直流電機(jī)又包括采用機(jī)械式換向的有刷直流電機(jī)和采用電子換向的無(wú)刷直流(BLDC)電機(jī)。BLDC電機(jī)又分旋轉(zhuǎn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，具有顯著的節(jié)能、低噪聲和優(yōu)異變速性能等特性，特別適合于電冰箱、空調(diào)及洗衣機(jī)等白家電應(yīng)用。隨著國(guó)家各項(xiàng)節(jié)能政策的出臺(tái)，家電行業(yè)已經(jīng)開始廣泛導(dǎo)入BLDC電機(jī)。要使這些BLDC電機(jī)可靠、高效地工作，設(shè)計(jì)人員需要選擇恰當(dāng)?shù)?a class="innerlink" href="http://m.jysgc.com/tags/電機(jī)驅(qū)動(dòng)" title="電機(jī)驅(qū)動(dòng)" target="_blank">電機(jī)驅(qū)動(dòng)或控制方案。
安森美半導(dǎo)體在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及應(yīng)用方面擁有豐富經(jīng)驗(yàn)，提供寬廣范圍的電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制方案。本文將介紹電機(jī)驅(qū)動(dòng)器/控制器在白家電產(chǎn)品中的典型應(yīng)用，以及安森美半導(dǎo)體高能效、高可靠性BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器/控制器方案。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)器/控制器在白家電中的應(yīng)用
據(jù)統(tǒng)計(jì)，電冰箱中使用的電機(jī)數(shù)量最多，達(dá)到約5個(gè)；空調(diào)和烘干及洗衣機(jī)也都要用到2個(gè)電機(jī)。電冰箱的直流風(fēng)扇電機(jī)、自動(dòng)制冰機(jī)及阻尼器，烘干及洗衣機(jī)的節(jié)氣閥和排水/供水泵等應(yīng)用通常會(huì)使用到單芯片的集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，而空調(diào)的直流風(fēng)扇室外機(jī)/室內(nèi)機(jī)、烘干及洗衣機(jī)的直流風(fēng)扇電機(jī)會(huì)使用到電機(jī)控制器。這些電機(jī)驅(qū)動(dòng)器/控制器適合的電壓及電流范圍也各不相同，如圖1所示。
圖1：電機(jī)驅(qū)動(dòng)器/控制器在白家電中的應(yīng)用
下文將探討這三類重點(diǎn)白家電產(chǎn)品不同細(xì)分應(yīng)用的要求，以及安森美半導(dǎo)體相應(yīng)的解決方案。
電冰箱用BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
1) 直流風(fēng)扇電機(jī)
對(duì)于電冰箱而言，通過(guò)風(fēng)機(jī)通風(fēng)來(lái)排熱是重要功能。安森美半導(dǎo)體提供應(yīng)用于電冰箱通風(fēng)用BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)的單相及3相電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包括單相帶傳感器脈寬調(diào)制(PWM)軟開關(guān)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器LV8861VH、三相無(wú)傳感器脈沖幅度調(diào)制(PAM)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器LB11685AV，以及三相無(wú)傳感器PWM軟開關(guān)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器LV8804FV和LV8805SV等。這些器件提供靜音驅(qū)動(dòng)、高能效、變速控制及鎖定保護(hù)等關(guān)鍵特性。
其中，LV8861VH是最大能耗僅1.3 W的單相風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。這器件的VCC為7至18 V，輸出電流可達(dá)1.2 A。LV8861VH藉安靜的PWM驅(qū)動(dòng)器提供單相全波工作，實(shí)現(xiàn)靜音驅(qū)動(dòng)，并提供高能效。這器件可由PWM輸入來(lái)控制速度，幫助簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)；其它特性包括產(chǎn)生的熱量低、包含快速啟動(dòng)電路、鎖定保護(hù)及自動(dòng)恢復(fù)電路、可調(diào)節(jié)限流器、過(guò)熱關(guān)閉等。
圖2：LV8861VH框圖及應(yīng)用示意圖。
LB11685AV采用無(wú)傳感器設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化制造；軟啟動(dòng)有利于提升啟動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性；軟開關(guān)則有助于提供靜音驅(qū)動(dòng)；鎖定保護(hù)特性也可防止受到損壞。
LV8804FV和LV8805SV均是三相BLDC電機(jī)無(wú)傳感器驅(qū)動(dòng)IC。三相驅(qū)動(dòng)器支持低能耗及低振動(dòng)工作。無(wú)霍爾傳感器驅(qū)動(dòng)器支持減小電機(jī)系統(tǒng)的尺寸。這兩顆IC非常適合于像電冰箱風(fēng)扇及服務(wù)器風(fēng)扇這樣的要求高可靠性及長(zhǎng)使用壽命的應(yīng)用。
圖3：LV8804FV框圖。
2) 自動(dòng)制冰機(jī)
除了通風(fēng)，自動(dòng)制冰機(jī)也是BLDC電機(jī)在電冰箱中的重要應(yīng)用領(lǐng)域。安森美半導(dǎo)體提供用于自動(dòng)制冰機(jī)BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)的器件包括LB1948M和LV8548M等，這些器件提供高擊穿電壓、高能效和零待機(jī)電流等關(guān)鍵特性。LB1948M是2通道、12 V低飽和電壓驅(qū)動(dòng)、正向/反向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，采用強(qiáng)固的擊穿設(shè)計(jì)，在待機(jī)模式下的電流消耗為零，在輸出電流IO為400 mA條件下的飽和電壓VO(sat)典型值僅為0.5 V。LV8548M是單通道步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，也可用于2通道H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。LV8548M的勵(lì)磁模式包括滿步及半步等，提供不同的步幅調(diào)節(jié)；這器件的導(dǎo)通阻抗僅為1 Ω，幫助提升能效；待機(jī)模式下的電流消耗同樣為零，提供低能耗工作。
圖4：LV8548M框圖(左圖：驅(qū)動(dòng)2個(gè)直流電機(jī)；右圖：驅(qū)動(dòng)1個(gè)步進(jìn)電機(jī))
3) 阻尼器
阻尼器主要用于起緩沖作用，當(dāng)作用點(diǎn)運(yùn)動(dòng)很慢時(shí)，幾乎沒(méi)有阻力，而在作用點(diǎn)運(yùn)動(dòng)較快時(shí)阻力就明顯增大，廣泛用于電冰箱和洗衣機(jī)等應(yīng)用。安森美半導(dǎo)體用于電冰箱阻尼器的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器除了上述LB1948M和LV8548M，還包括LB1909M和LV8549M。這些器件提供高擊穿電壓、高能效及低待機(jī)電流等關(guān)鍵特性。
圖5：LB1909M框圖。
其中，LB1909M采用簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的三端口接口，是一款雙通道低飽和電壓步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，工作電源電壓為2.5 V至16 V，待機(jī)狀態(tài)下的電流消耗為零，內(nèi)置過(guò)熱關(guān)閉電路。而LV8549M是一款單通道低飽和電壓步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，導(dǎo)通阻抗僅為1 Ω，幫助提升能效；待機(jī)模式下的電流消耗同樣為零，提供低能耗工作。LV8549M的最大電源電壓為20 V，最大輸出電流可達(dá)1 A。
烘干及洗衣機(jī)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
烘干及洗衣機(jī)阻尼器的關(guān)鍵要求跟電冰箱阻尼器相同，可采用的單芯片電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有如LB1948M、LV8548M、LB1909M和LV8549M等。
除了阻尼器，烘干及洗衣機(jī)的排水/供水泵也會(huì)用到直流電機(jī)。安森美半導(dǎo)體用于烘干及洗衣機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括LB11920和LB1975等，具有高能效和變速控制等關(guān)鍵特性。其中，LB11920是一款三相BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，采用直接的PWM驅(qū)動(dòng)，易于控制，PWM占空比可由IC的輸入控制。LB11920支持9.5 V至30 V的寬供電電壓范圍。這器件內(nèi)置高邊及低邊反沖吸收二極管，提供反沖保護(hù)。其它特性包括短路制動(dòng)、限流、低壓保護(hù)、電機(jī)鎖定保護(hù)及過(guò)熱保護(hù)等。
圖6：LB11920框圖。
LB1975也是一款三相BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，能夠承受46 V電壓和2.5 A輸出電流，除了可用于烘干及洗衣機(jī)的排水/供水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)，還可用于其直流風(fēng)扇風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
空調(diào)室內(nèi)機(jī)/室外機(jī)用直流風(fēng)扇電機(jī)控制器
常見的房間空調(diào)包括室內(nèi)機(jī)及室外機(jī)等不同組成部分，均會(huì)使用到直流風(fēng)扇。安森美半導(dǎo)體為空調(diào)室內(nèi)機(jī)/室外機(jī)直流風(fēng)扇提供的電機(jī)控制器結(jié)合了保護(hù)電路和混合集成電路(HIC)，具有高能效及靜音驅(qū)動(dòng)等關(guān)鍵特性。這些器件包括LC08000M、LV8139JA和LV8136V等。
其中，LC08000M是安森美半導(dǎo)體正在開發(fā)的一款三相BLDC風(fēng)扇電機(jī)控制信號(hào)處理器。這器件采用磁場(chǎng)定向控制(FOC)技術(shù)，具有超高能效。這器件采用帶霍爾傳感器的FOC工作，能夠以FOC進(jìn)行閉環(huán)速度控制，具有靜音驅(qū)動(dòng)、寬工作條件下高能效驅(qū)動(dòng)、FOC無(wú)須軟件開發(fā)、易于調(diào)配等關(guān)鍵特性，還集成了多種保護(hù)功能，如過(guò)流保護(hù)、鎖定保護(hù)及自動(dòng)恢復(fù)、反轉(zhuǎn)保護(hù)、霍爾傳感器故障檢測(cè)、外部故障信號(hào)輸入、低壓保護(hù)、溫度異常檢測(cè)及異常狀態(tài)輸出等。
圖7：LC08000M應(yīng)用示意圖。
LV8136V是一款三相BLDC電機(jī)用PWM系統(tǒng)預(yù)驅(qū)動(dòng)IC。這器件使用高能效、安靜的PWM驅(qū)動(dòng)(150°驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))，能夠降低驅(qū)動(dòng)噪聲。這器件可與安森美半導(dǎo)體STK611或STK5C4系列的HIC結(jié)合使用，并提供了與這系列HIC互補(bǔ)的保護(hù)電路，能夠減少元器件數(shù)量及提供高可靠性。這器件還提供省電模式，可將待機(jī)模式下的能耗降至零。LV8139JA則提供180°PWM靜音驅(qū)動(dòng)。
總結(jié)：
安森美半導(dǎo)體身為應(yīng)用于高能效電子產(chǎn)品的全球首要高性能、高能效硅方案供應(yīng)商，提供應(yīng)用于白家電的完整方案，包括電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、用戶接口、通信、測(cè)量等。本文重點(diǎn)介紹了安森美半導(dǎo)體應(yīng)用于電冰箱、烘干及洗衣機(jī)等白家電的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制方案，幫助設(shè)計(jì)人員針對(duì)具體應(yīng)用選擇適合的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)出高能效、高可靠性及靜音工作的白家電，并滿足相關(guān)能效法規(guī)要求。