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行業(yè)視點(diǎn)
高度集成電機(jī)控制方案如何應(yīng)對(duì)汽車新趨勢(shì)
內(nèi)容簡介:直流無刷電機(jī)無需電刷和換向器,解決空間受限的系統(tǒng)設(shè)計(jì),且不用擔(dān)心一般的磨損、火花和噪聲,提供良好的控制,為汽車內(nèi)的特定應(yīng)用提供可變速控制。
      現(xiàn)今,汽車不再是單純的機(jī)械產(chǎn)品,而是復(fù)雜的機(jī)電一體化產(chǎn)品,安裝在汽車中的電機(jī)數(shù)量持續(xù)增加。據(jù)預(yù)測(cè),到2020年,每輛豪華車中的電機(jī)數(shù)將多達(dá)120臺(tái)。直流無刷 (BLDC)電機(jī)由于具有多種優(yōu)勢(shì),正被越來越多地整合至汽車水泵、油泵、燃油泵、散熱風(fēng)扇、暖通空調(diào)(HVAC)、混合動(dòng)力系統(tǒng)、座椅風(fēng)扇等部件,實(shí)現(xiàn)更高能效和性能。

直流無刷電機(jī)的優(yōu)勢(shì)
      直流無刷電機(jī)無需電刷和換向器,解決空間受限的系統(tǒng)設(shè)計(jì),且不用擔(dān)心一般的磨損、火花和噪聲,提供良好的控制,為汽車內(nèi)的特定應(yīng)用提供可變速控制。更重要的是,直流無刷電機(jī)可提升燃油能效,節(jié)省約60%~70%的能耗。當(dāng)無刷電機(jī)用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(EPS),行駛里程增加3~5%,用于 電動(dòng)水泵(EWP)及電動(dòng)油泵(EOP)提升約3%的能效,用于燃油泵提升約1%的能效。例如,水泵和油泵通常通過發(fā)動(dòng)機(jī)電源運(yùn)行。如果發(fā)動(dòng)機(jī)停止,發(fā)動(dòng)機(jī)啟停系統(tǒng)就沒有電源。但是,如果電機(jī)用于水泵和油泵,無論發(fā)動(dòng)機(jī)是啟動(dòng)還是停止,這些功能都可獨(dú)立運(yùn)行,從而提升燃油經(jīng)濟(jì)性。
思考:采用直流無刷電機(jī)的設(shè)計(jì)
      若采用直流無刷電機(jī)替代有刷電機(jī),那么以前必須由換向器機(jī)械式完成的工作,現(xiàn)在通過三相逆變器電氣化完成。逆變器需要一個(gè)門極驅(qū)動(dòng)器,它通常由一個(gè)微控制器實(shí)施復(fù)雜的軟件算法來控制。這增加了系統(tǒng)復(fù)雜性,對(duì)工程師來說是一大技術(shù)挑戰(zhàn)。而安森美半導(dǎo)體推出的智能直流無刷電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)芯片LV8907,可解決這一挑戰(zhàn)。該方案無需外部電機(jī)位置傳感器或系統(tǒng)微控制器,減少PCB占位面積,自帶嵌入式控制算法,無需自寫電機(jī)控制算法,降低系統(tǒng)復(fù)雜性,縮短開發(fā)周期,加快產(chǎn)品上市。

智能直流無刷電機(jī)方案LV8907概覽
      LV8907利用無傳感器驅(qū)動(dòng)邏輯實(shí)現(xiàn)無傳感器120度或150度控制換流,采用近似正弦波運(yùn)行以滿足無聲驅(qū)動(dòng)要求。可配置的參數(shù)適合一系列電機(jī)和負(fù)載組合,一次性可編程(OTP)內(nèi)存提供參數(shù)存儲(chǔ),實(shí)現(xiàn)方案定制化,省去外部元件來執(zhí)行各種設(shè)置,實(shí)現(xiàn)獨(dú)立工作,集成門極驅(qū)動(dòng)器,用于驅(qū)動(dòng)外部N-MOSFET,電荷泵驅(qū)動(dòng)提供100%占空比和擴(kuò)展的低壓工作。芯片通過LIN接口與外界交互,SPI接口提供配置、實(shí)時(shí)控制和診斷。在汽車應(yīng)用中,要求能在150°C的環(huán)境溫度(Ta)和170°C的結(jié)溫(Tj)下工作,LV8907耐受工作結(jié)溫達(dá)175℃,確保在嚴(yán)苛的汽車工作環(huán)境下的可靠性,完全符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)。

      由于LV8907高度集成MOSFET門極驅(qū)動(dòng)器、LIN收發(fā)器和低壓降穩(wěn)壓器(LDO),最大限度地減少占位面積;無需依賴的位置傳感器,無軟件缺陷,故障監(jiān)測(cè)及診斷功能完善,集成逐周期限流、過流保護(hù)、過壓/欠壓保護(hù)、過溫保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)等一系列保護(hù)特性,基于狀態(tài)機(jī)的方案采用OTP實(shí)現(xiàn)參數(shù)化,無EMI/EMC問題引起的數(shù)據(jù)損壞,實(shí)現(xiàn)最高系統(tǒng)可靠性;LV8907無需軟件和易于定制,比基于微控制器的方案縮短達(dá)80%的開發(fā)時(shí)間,加快產(chǎn)品上市,并節(jié)省物料單成本。
更高集成度的智能功率模塊(IPM)
      隨著降低汽車內(nèi)電子電路成本、減小尺寸及重量,和實(shí)現(xiàn)更高可靠性的要求日益增加,智能功率模塊可更好地滿足趨勢(shì)所需。如安森美半導(dǎo)體的STK984系列,集成BLDC LV8907和多個(gè)獨(dú)立的功率MOSFET,無需電路板、傳感器和外部微控制器,節(jié)省空間、減輕重量,成本也隨之降低,用于驅(qū)動(dòng)汽車滑動(dòng)門、EPS單元、泵、雨刮、HVAC和散熱風(fēng)扇,提供更高可靠性。
      STK984系列采用獨(dú)特的絕緣金屬基板技術(shù)(IMST),將不同結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件及無源器件和其它部分集成到單個(gè)模塊中。IMST結(jié)構(gòu)通過使用絕緣層覆蓋鋁片,將銅箔置于頂層,并在銅箔上蝕刻,使單層布線圖案能被自由定制;贗MST的IPM,由于功率晶體管、提供溫度檢測(cè)的控制電路和保護(hù)電路可貼裝在同一板上,從而最大限度減小溫度檢測(cè)的誤差,實(shí)現(xiàn)高精度溫度檢測(cè);由于在金屬基板的鋁片和銅箔之間有一個(gè)分布式電容通過絕緣樹脂,有效地降低噪聲;此外,IMST結(jié)構(gòu)還提供出色的散熱性能。
      例如,3相無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IPM STK984-090A-E/091A-E內(nèi)置預(yù)驅(qū)動(dòng)器IC、分流電阻和電荷泵電路,集成過流、過溫、過壓/欠壓等保護(hù)特性,可用于汽車鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)扇、散熱風(fēng)扇、水泵和滑動(dòng)門等等。
      又如STK984-190-E集成7 個(gè)MOSFET到單個(gè)小封裝中,采用直接鍵合銅(DBC)基板,無需絕緣襯墊,具有低熱阻抗,提供極佳散熱性和設(shè)計(jì)靈活性,內(nèi)置反向連接電池保護(hù),提升可靠性,完全符合AEC-Q100要求,用于12 V系統(tǒng)時(shí)的電機(jī)功率達(dá)300 W。同分立方案相比,STK984-190-E的占位面積、重量、元件數(shù)和熱阻抗分別減少48.7%、36.2%、53.8%和21.1%,是用于汽車雨刮器、風(fēng)扇和泵等應(yīng)用的理想器件。
汽車功能電子化趨勢(shì)的應(yīng)對(duì)
      為應(yīng)對(duì)汽車功能電子化趨勢(shì),車用電機(jī)正越來越多,并從有刷直流向無刷直流發(fā)展。隨著減小尺寸及重量、降低系統(tǒng)成本和實(shí)現(xiàn)更高可靠性的要求日益增加,需要不斷提高集成度;趯(duì)汽車技術(shù)的要求越來越高,《儀器儀表商情》聯(lián)合廣東省儀器儀表學(xué)會(huì)深圳市儀器儀表學(xué)會(huì)等單位,開展2016汽車測(cè)試測(cè)量技術(shù)大會(huì)暨第十三屆IMC國際儀器儀表與測(cè)控自動(dòng)化高峰論壇,打造深層交流資源共享平臺(tái)。
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西瑪新聞相關(guān)內(nèi)容    當(dāng)前文章:高度集成電機(jī)控制方案如何應(yīng)對(duì)汽車新趨勢(shì)
西瑪三相異步電動(dòng)機(jī)已成為發(fā)展的主要方向。
  整個(gè)電機(jī)行業(yè)的平均利潤水平呈U型,競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手?jǐn)?shù)量呈U型反轉(zhuǎn)。目前,三相異步電動(dòng)機(jī)行業(yè)市場(chǎng)化程度較高,擁有眾多電機(jī)企業(yè),整個(gè)行業(yè)正處于整合優(yōu)化的過程中。微電機(jī)和大型電機(jī),包括一些特種電機(jī),由于其技術(shù)難度大、初始投資大、技術(shù)門檻高,處于U型曲線的最高端。
西安西瑪電機(jī)原廠生產(chǎn)的電機(jī)滑環(huán)的抗干擾性能很強(qiáng)嗎
  西瑪電機(jī)在電機(jī)滑環(huán)干擾源的導(dǎo)線上加一個(gè)屏蔽層,屏蔽層接地。方法:如果遇到高工作電壓和高頻率,滑環(huán)應(yīng)選擇電磁感應(yīng)屏蔽。在電磁感應(yīng)屏蔽中,用金屬材料和導(dǎo)電體原材料作為屏蔽層,可以產(chǎn)生很好的電磁干擾。
如何根據(jù)空載電流判斷西瑪電機(jī)性能?
  一般來說,小型電機(jī)的空載電流約為額定電流的30%~70%,大中型西瑪電機(jī)的空載電流約為額定電流的20%~40%。特別是,特定西瑪電機(jī)的空載電流一般不在銘牌或電機(jī)產(chǎn)品手冊(cè)上標(biāo)明。
交流電機(jī)的用途和作用有哪些?
  西安西瑪電機(jī)有限公司生產(chǎn)的交流電機(jī)使用和控制非常方便。具有自動(dòng)啟動(dòng)、加速、制動(dòng)、倒車、保持等功能,可滿足各種操作需要。電機(jī)工作效率高,無煙、無臭、無污染。環(huán)境和噪音也很低。由于其諸多優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防、商業(yè)、家用電器、醫(yī)療電器等領(lǐng)域。
直流電機(jī)和交流電機(jī)的具體區(qū)別是什么?
  首先,直流電機(jī)和交流電機(jī)都是由于磁場(chǎng)的作用而工作的電機(jī)。直流電可以看作是步進(jìn)電機(jī)的一種。一般來說,直流電機(jī)的功率不如交流電機(jī),特別是無刷電機(jī)克服了有刷電機(jī)的許多缺點(diǎn),但也存在諧振等缺點(diǎn)。
電機(jī)上的“轉(zhuǎn)動(dòng)”人生
  “我最喜歡聽的的就是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)那清脆的嗡鳴聲,電機(jī)也是有靈性的,只有你用心去檢修‘呵護(hù)’,它就會(huì)用和諧的音符回饋與你。”上班39年,李福康累計(jì)檢修電機(jī)8000余臺(tái),全部合格無次品,正是他那精湛的檢修技藝最好的詮釋。
一大堆伺服電機(jī)來襲 不只適用于機(jī)器人
  電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的關(guān)節(jié),要求是要有最大功率質(zhì)量比和扭矩慣量比、高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、低慣量和較寬廣且平滑的調(diào)速范圍。特別是像機(jī)器人末端執(zhí)行器(手爪)應(yīng)采用體積、質(zhì)量盡可能小的電動(dòng)機(jī),尤其是要求快速響應(yīng)時(shí),伺服電動(dòng)機(jī)必須具有較高的可靠性,并且有較大的短時(shí)過載能力。
世界輪轂電機(jī)領(lǐng)導(dǎo)者“改嫁”中資尋發(fā)展
  輪轂電機(jī)很早就被發(fā)明出來,而中國廣泛使用的電瓶車的后輪某種意義上也是一種輪轂電機(jī)。而車用輪轂電機(jī)的真正發(fā)展還是在近20年間。
王賡:電機(jī)系統(tǒng)能效提升解決方案探討
  中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院資環(huán)分院應(yīng)對(duì)電機(jī)能效提升實(shí)施中存在的問題和困難,提出的這些解決方案勢(shì)必助力節(jié)能主管部門,有效規(guī)范電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造項(xiàng)目的進(jìn)行,促進(jìn)我國電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造工作的全面提升,同時(shí)必將加快節(jié)能設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用,提升節(jié)能設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益
高端伺服電機(jī)缺失 國產(chǎn)機(jī)器人依然難以雄起
  目前國內(nèi)的伺服電機(jī)OEM廠家根據(jù)市場(chǎng)份額,大多是仿制日系伺服電機(jī)設(shè)計(jì),功率多在3kw以內(nèi),以中小功率為多。而5.5-15kw的中大功率伺服沒有,導(dǎo)致有些設(shè)備上的應(yīng)用,由于沒有一臺(tái)大功率的伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)配套,而被迫放棄掉整個(gè)系統(tǒng)。
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