電機又稱馬達，是一種依據(jù)電磁感應(yīng)定律實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的裝置，主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為電器或各種機械的動力源。 按工作電源來分，電機包括交流(AC)電機和直流(DC)電機。其中直流電機又包括采用機械式換向的有刷直流電機和采用電子換向的無刷直流(BLDC)電機。BLDC電機又分旋轉(zhuǎn)電機和步進電機，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)及洗衣機等白家電應(yīng)用。隨著國家各項節(jié)能政策的出臺，家電行業(yè)已經(jīng)開始廣泛導(dǎo)入BLDC電機。要使這些BLDC電機可靠、高效地工作，設(shè)計人員需要選擇恰當(dāng)?shù)?a class="innerlink" href="http://m.jysgc.com/tags/電機驅(qū)動" title="電機驅(qū)動" target="_blank">電機驅(qū)動或控制方案。
安森美半導(dǎo)體在電機驅(qū)動器設(shè)計、生產(chǎn)及應(yīng)用方面擁有豐富經(jīng)驗，提供寬廣范圍的電機驅(qū)動及控制方案。本文將介紹電機驅(qū)動器/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電機驅(qū)動器/控制器方案。
電機驅(qū)動器/控制器在白家電中的應(yīng)用
據(jù)統(tǒng)計，電冰箱中使用的電機數(shù)量最多，達到約5個；空調(diào)和烘干及洗衣機也都要用到2個電機。電冰箱的直流風(fēng)扇電機、自動制冰機及阻尼器，烘干及洗衣機的節(jié)氣閥和排水/供水泵等應(yīng)用通常會使用到單芯片的集成電機驅(qū)動器，而空調(diào)的直流風(fēng)扇室外機/室內(nèi)機、烘干及洗衣機的直流風(fēng)扇電機會使用到電機控制器。這些電機驅(qū)動器/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：電機驅(qū)動器/控制器在白家電中的應(yīng)用
下文將探討這三類重點白家電產(chǎn)品不同細分應(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電機驅(qū)動器
1) 直流風(fēng)扇電機
對于電冰箱而言，通過風(fēng)機通風(fēng)來排熱是重要功能。安森美半導(dǎo)體提供應(yīng)用于電冰箱通風(fēng)用BLDC電機驅(qū)動的單相及3相電機驅(qū)動器，包括單相帶傳感器脈寬調(diào)制(PWM)軟開關(guān)電機驅(qū)動器LV8861VH、三相無傳感器脈沖幅度調(diào)制(PAM)電機驅(qū)動器LB11685AV，以及三相無傳感器PWM軟開關(guān)電機驅(qū)動器LV8804FV和LV8805SV等。這些器件提供靜音驅(qū)動、高能效、變速控制及鎖定保護等關(guān)鍵特性。
其中，LV8861VH是最大能耗僅1.3 W的單相風(fēng)扇電機驅(qū)動器。這器件的VCC為7至18 V，輸出電流可達1.2 A。LV8861VH藉安靜的PWM驅(qū)動器提供單相全波工作，實現(xiàn)靜音驅(qū)動，并提供高能效。這器件可由PWM輸入來控制速度，幫助簡化設(shè)計；其它特性包括產(chǎn)生的熱量低、包含快速啟動電路、鎖定保護及自動恢復(fù)電路、可調(diào)節(jié)限流器、過熱關(guān)閉等。
圖2：LV8861VH框圖及應(yīng)用示意圖。
LB11685AV采用無傳感器設(shè)計，簡化制造；軟啟動有利于提升啟動時的穩(wěn)定性；軟開關(guān)則有助于提供靜音驅(qū)動；鎖定保護特性也可防止受到損壞。
LV8804FV和LV8805SV均是三相BLDC電機無傳感器驅(qū)動IC。三相驅(qū)動器支持低能耗及低振動工作。無霍爾傳感器驅(qū)動器支持減小電機系統(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使用壽命的應(yīng)用。
圖3：LV8804FV框圖。
2) 自動制冰機
除了通風(fēng)，自動制冰機也是BLDC電機在電冰箱中的重要應(yīng)用領(lǐng)域。安森美半導(dǎo)體提供用于自動制冰機BLDC電機驅(qū)動的器件包括LB1948M和LV8548M等，這些器件提供高擊穿電壓、高能效和零待機電流等關(guān)鍵特性。LB1948M是2通道、12 V低飽和電壓驅(qū)動、正向/反向電機驅(qū)動器，采用強固的擊穿設(shè)計，在待機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是單通道步進電機驅(qū)動器，也可用于2通道H橋直流電機驅(qū)動。LV8548M的勵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2個直流電機；右圖：驅(qū)動1個步進電機)
3) 阻尼器
阻尼器主要用于起緩沖作用，當(dāng)作用點運動很慢時，幾乎沒有阻力，而在作用點運動較快時阻力就明顯增大，廣泛用于電冰箱和洗衣機等應(yīng)用。安森美半導(dǎo)體用于電冰箱阻尼器的電機驅(qū)動器除了上述LB1948M和LV8548M，還包括LB1909M和LV8549M。這些器件提供高擊穿電壓、高能效及低待機電流等關(guān)鍵特性。
圖5：LB1909M框圖。
其中，LB1909M采用簡化設(shè)計的三端口接口，是一款雙通道低飽和電壓步進電機驅(qū)動器，工作電源電壓為2.5 V至16 V，待機狀態(tài)下的電流消耗為零，內(nèi)置過熱關(guān)閉電路。而LV8549M是一款單通道低飽和電壓步進電機驅(qū)動器，導(dǎo)通阻抗僅為1 Ω，幫助提升能效；待機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1 A。
烘干及洗衣機用電機驅(qū)動器
烘干及洗衣機阻尼器的關(guān)鍵要求跟電冰箱阻尼器相同，可采用的單芯片電機驅(qū)動器有如LB1948M、LV8548M、LB1909M和LV8549M等。
除了阻尼器，烘干及洗衣機的排水/供水泵也會用到直流電機。安森美半導(dǎo)體用于烘干及洗衣機的電機驅(qū)動器包括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電機驅(qū)動器，采用直接的PWM驅(qū)動，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。其它特性包括短路制動、限流、低壓保護、電機鎖定保護及過熱保護等。
圖6：LB11920框圖。
LB1975也是一款三相BLDC電機驅(qū)動器，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的排水/供水泵電機驅(qū)動，還可用于其直流風(fēng)扇風(fēng)機驅(qū)動。
空調(diào)室內(nèi)機/室外機用直流風(fēng)扇電機控制器
常見的房間空調(diào)包括室內(nèi)機及室外機等不同組成部分，均會使用到直流風(fēng)扇。安森美半導(dǎo)體為空調(diào)室內(nèi)機/室外機直流風(fēng)扇提供的電機控制器結(jié)合了保護電路和混合集成電路(HIC)，具有高能效及靜音驅(qū)動等關(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)扇電機控制信號處理器。這器件采用磁場定向控制(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進行閉環(huán)速度控制，具有靜音驅(qū)動、寬工作條件下高能效驅(qū)動、FOC無須軟件開發(fā)、易于調(diào)配等關(guān)鍵特性，還集成了多種保護功能，如過流保護、鎖定保護及自動恢復(fù)、反轉(zhuǎn)保護、霍爾傳感器故障檢測、外部故障信號輸入、低壓保護、溫度異常檢測及異常狀態(tài)輸出等。
圖7：LC08000M應(yīng)用示意圖。
LV8136V是一款三相BLDC電機用PWM系統(tǒng)預(yù)驅(qū)動IC。這器件使用高能效、安靜的PWM驅(qū)動(150°驅(qū)動系統(tǒng))，能夠降低驅(qū)動噪聲。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互補的保護電路，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，可將待機模式下的能耗降至零。LV8139JA則提供180°PWM靜音驅(qū)動。
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、電機驅(qū)動、用戶接口、通信、測量等。本文重點介紹了安森美半導(dǎo)體應(yīng)用于電冰箱、烘干及洗衣機等白家電的無刷直流電機驅(qū)動及控制方案，幫助設(shè)計人員針對具體應(yīng)用選擇適合的產(chǎn)品，設(shè)計出高能效、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。