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行業(yè)視點(diǎn)
高度集成電機控制方案如何應對汽車(chē)新趨勢
內容簡(jiǎn)介:直流無(wú)刷電機無(wú)需電刷和換向器,解決空間受限的系統設計,且不用擔心一般的磨損、火花和噪聲,提供良好的控制,為汽車(chē)內的特定應用提供可變速控制。
      現今,汽車(chē)不再是單純的機械產(chǎn)品,而是復雜的機電一體化產(chǎn)品,安裝在汽車(chē)中的電機數量持續增加。據預測,到2020年,每輛豪華車(chē)中的電機數將多達120臺。直流無(wú)刷 (BLDC)電機由于具有多種優(yōu)勢,正被越來(lái)越多地整合至汽車(chē)水泵、油泵、燃油泵、散熱風(fēng)扇、暖通空調(HVAC)、混合動(dòng)力系統、座椅風(fēng)扇等部件,實(shí)現更高能效和性能。

直流無(wú)刷電機的優(yōu)勢
      直流無(wú)刷電機無(wú)需電刷和換向器,解決空間受限的系統設計,且不用擔心一般的磨損、火花和噪聲,提供良好的控制,為汽車(chē)內的特定應用提供可變速控制。更重要的是,直流無(wú)刷電機可提升燃油能效,節省約60%~70%的能耗。當無(wú)刷電機用于電動(dòng)助力轉向(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(guò)發(fā)動(dòng)機電源運行。如果發(fā)動(dòng)機停止,發(fā)動(dòng)機啟停系統就沒(méi)有電源。但是,如果電機用于水泵和油泵,無(wú)論發(fā)動(dòng)機是啟動(dòng)還是停止,這些功能都可獨立運行,從而提升燃油經(jīng)濟性。
思考:采用直流無(wú)刷電機的設計
      若采用直流無(wú)刷電機替代有刷電機,那么以前必須由換向器機械式完成的工作,現在通過(guò)三相逆變器電氣化完成。逆變器需要一個(gè)門(mén)極驅動(dòng)器,它通常由一個(gè)微控制器實(shí)施復雜的軟件算法來(lái)控制。這增加了系統復雜性,對工程師來(lái)說(shuō)是一大技術(shù)挑戰。而安森美半導體推出的智能直流無(wú)刷電機控制和驅動(dòng)芯片LV8907,可解決這一挑戰。該方案無(wú)需外部電機位置傳感器或系統微控制器,減少PCB占位面積,自帶嵌入式控制算法,無(wú)需自寫(xiě)電機控制算法,降低系統復雜性,縮短開(kāi)發(fā)周期,加快產(chǎn)品上市。

智能直流無(wú)刷電機方案LV8907概覽
      LV8907利用無(wú)傳感器驅動(dòng)邏輯實(shí)現無(wú)傳感器120度或150度控制換流,采用近似正弦波運行以滿(mǎn)足無(wú)聲驅動(dòng)要求。可配置的參數適合一系列電機和負載組合,一次性可編程(OTP)內存提供參數存儲,實(shí)現方案定制化,省去外部元件來(lái)執行各種設置,實(shí)現獨立工作,集成門(mén)極驅動(dòng)器,用于驅動(dòng)外部N-MOSFET,電荷泵驅動(dòng)提供100%占空比和擴展的低壓工作。芯片通過(guò)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(chē)應用中,要求能在150°C的環(huán)境溫度(Ta)和170°C的結溫(Tj)下工作,LV8907耐受工作結溫達175℃,確保在嚴苛的汽車(chē)工作環(huán)境下的可靠性,完全符合AEC-Q100標準。

      由于LV8907高度集成MOSFET門(mén)極驅動(dòng)器、LIN收發(fā)器和低壓降穩壓器(LDO),最大限度地減少占位面積;無(wú)需依賴(lài)的位置傳感器,無(wú)軟件缺陷,故障監測及診斷功能完善,集成逐周期限流、過(guò)流保護、過(guò)壓/欠壓保護、過(guò)溫保護、堵轉保護等一系列保護特性,基于狀態(tài)機的方案采用OTP實(shí)現參數化,無(wú)EMI/EMC問(wèn)題引起的數據損壞,實(shí)現最高系統可靠性;LV8907無(wú)需軟件和易于定制,比基于微控制器的方案縮短達80%的開(kāi)發(fā)時(shí)間,加快產(chǎn)品上市,并節省物料單成本。
更高集成度的智能功率模塊(IPM)
      隨著(zhù)降低汽車(chē)內電子電路成本、減小尺寸及重量,和實(shí)現更高可靠性的要求日益增加,智能功率模塊可更好地滿(mǎn)足趨勢所需。如安森美半導體的STK984系列,集成BLDC LV8907和多個(gè)獨立的功率MOSFET,無(wú)需電路板、傳感器和外部微控制器,節省空間、減輕重量,成本也隨之降低,用于驅動(dòng)汽車(chē)滑動(dòng)門(mén)、EPS單元、泵、雨刮、HVAC和散熱風(fēng)扇,提供更高可靠性。
      STK984系列采用獨特的絕緣金屬基板技術(shù)(IMST),將不同結構的半導體元件及無(wú)源器件和其它部分集成到單個(gè)模塊中。IMST結構通過(guò)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(xiàn)圖案能被自由定制。基于IMST的IPM,由于功率晶體管、提供溫度檢測的控制電路和保護電路可貼裝在同一板上,從而最大限度減小溫度檢測的誤差,實(shí)現高精度溫度檢測;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(guò)絕緣樹(shù)脂,有效地降低噪聲;此外,IMST結構還提供出色的散熱性能。
      例如,3相無(wú)刷電機驅動(dòng)器IPM STK984-090A-E/091A-E內置預驅動(dòng)器IC、分流電阻和電荷泵電路,集成過(guò)流、過(guò)溫、過(guò)壓/欠壓等保護特性,可用于汽車(chē)鼓風(fēng)機風(fēng)扇、散熱風(fēng)扇、水泵和滑動(dòng)門(mén)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(wú)需絕緣襯墊,具有低熱阻抗,提供極佳散熱性和設計靈活性,內置反向連接電池保護,提升可靠性,完全符合AEC-Q100要求,用于12 V系統時(shí)的電機功率達300 W。同分立方案相比,STK984-190-E的占位面積、重量、元件數和熱阻抗分別減少48.7%、36.2%、53.8%和21.1%,是用于汽車(chē)雨刮器、風(fēng)扇和泵等應用的理想器件。
汽車(chē)功能電子化趨勢的應對
      為應對汽車(chē)功能電子化趨勢,車(chē)用電機正越來(lái)越多,并從有刷直流向無(wú)刷直流發(fā)展。隨著(zhù)減小尺寸及重量、降低系統成本和實(shí)現更高可靠性的要求日益增加,需要不斷提高集成度。基于對汽車(chē)技術(shù)的要求越來(lái)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(kāi)展2016汽車(chē)測試測量技術(shù)大會(huì )暨第十三屆IMC國際儀器儀表與測控自動(dòng)化高峰論壇,打造深層交流資源共享平臺。
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西瑪新聞相關(guān)內容    當前文章:高度集成電機控制方案如何應對汽車(chē)新趨勢
西瑪三相異步電動(dòng)機已成為發(fā)展的主要方向。
  整個(gè)電機行業(yè)的平均利潤水平呈U型,競爭對手數量呈U型反轉。目前,三相異步電動(dòng)機行業(yè)市場(chǎng)化程度較高,擁有眾多電機企業(yè),整個(gè)行業(yè)正處于整合優(yōu)化的過(guò)程中。微電機和大型電機,包括一些特種電機,由于其技術(shù)難度大、初始投資大、技術(shù)門(mén)檻高,處于U型曲線(xiàn)的最高端。
西安西瑪電機原廠(chǎng)生產(chǎn)的電機滑環(huán)的抗干擾性能很強嗎
  西瑪電機在電機滑環(huán)干擾源的導線(xiàn)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)應選擇電磁感應屏蔽。在電磁感應屏蔽中,用金屬材料和導電體原材料作為屏蔽層,可以產(chǎn)生很好的電磁干擾。
如何根據空載電流判斷西瑪電機性能?
  一般來(lái)說(shuō),小型電機的空載電流約為額定電流的30%~70%,大中型西瑪電機的空載電流約為額定電流的20%~40%。特別是,特定西瑪電機的空載電流一般不在銘牌或電機產(chǎn)品手冊上標明。
交流電機的用途和作用有哪些?
  西安西瑪電機有限公司生產(chǎn)的交流電機使用和控制非常方便。具有自動(dòng)啟動(dòng)、加速、制動(dòng)、倒車(chē)、保持等功能,可滿(mǎn)足各種操作需要。電機工作效率高,無(wú)煙、無(wú)臭、無(wú)污染。環(huán)境和噪音也很低。由于其諸多優(yōu)點(diǎn),廣泛應用于工農業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、商業(yè)、家用電器、醫療電器等領(lǐng)域。
直流電機和交流電機的具體區別是什么?
  首先,直流電機和交流電機都是由于磁場(chǎng)的作用而工作的電機。直流電可以看作是步進(jìn)電機的一種。一般來(lái)說(shuō),直流電機的功率不如交流電機,特別是無(wú)刷電機克服了有刷電機的許多缺點(diǎn),但也存在諧振等缺點(diǎn)。
電機上的“轉動(dòng)”人生
  “我最喜歡聽(tīng)的的就是電機轉動(dòng)時(shí)那清脆的嗡鳴聲,電機也是有靈性的,只有你用心去檢修‘呵護’,它就會(huì )用和諧的音符回饋與你。”上班39年,李福康累計檢修電機8000余臺,全部合格無(wú)次品,正是他那精湛的檢修技藝最好的詮釋。
一大堆伺服電機來(lái)襲 不只適用于機器人
  電機用于驅動(dòng)機器人的關(guān)節,要求是要有最大功率質(zhì)量比和扭矩慣量比、高啟動(dòng)轉矩、低慣量和較寬廣且平滑的調速范圍。特別是像機器人末端執行器(手爪)應采用體積、質(zhì)量盡可能小的電動(dòng)機,尤其是要求快速響應時(shí),伺服電動(dòng)機必須具有較高的可靠性,并且有較大的短時(shí)過(guò)載能力。
世界輪轂電機領(lǐng)導者“改嫁”中資尋發(fā)展
  輪轂電機很早就被發(fā)明出來(lái),而中國廣泛使用的電瓶車(chē)的后輪某種意義上也是一種輪轂電機。而車(chē)用輪轂電機的真正發(fā)展還是在近20年間。
王賡:電機系統能效提升解決方案探討
  中國標準化研究院資環(huán)分院應對電機能效提升實(shí)施中存在的問(wèn)題和困難,提出的這些解決方案勢必助力節能主管部門(mén),有效規范電機系統節能改造項目的進(jìn)行,促進(jìn)我國電機系統節能改造工作的全面提升,同時(shí)必將加快節能設備在工業(yè)生產(chǎn)中的推廣應用,提升節能設備生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益
高端伺服電機缺失 國產(chǎn)機器人依然難以雄起
  目前國內的伺服電機OEM廠(chǎng)家根據市場(chǎng)份額,大多是仿制日系伺服電機設計,功率多在3kw以?xún)龋灾行」β蕿槎唷6?.5-15kw的中大功率伺服沒(méi)有,導致有些設備上的應用,由于沒(méi)有一臺大功率的伺服電機和驅動(dòng)配套,而被迫放棄掉整個(gè)系統。
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