半导体集成的各种选项为依据同步电机的散布式智能小型驱动计划催生出日益丰厚的运用。它们包含无刷直流电机(BLDC)、永磁同步电机(PMSM)和步进电机。因其技能优势和提高了的功率,此类电机正在许多现有的运用中替代有刷电机。轿车便是个好比如。
典型轿车零部件有必要具有如下特性：低体系本钱、细巧、简便、牢靠且高效。相同重要的是，还要削减废气排放及下降燃料耗费。需能驱动多种电机这样一个驱动理念，加之对功率、体系规划和网络选项等的极点要求,都对履行器电子规划发生严重影响。
无刷直流电机商场
在美国有许多BLDC制造商。许多公司依然专心于比如有刷直流电机、步进电机等技能。可是它们中的许多家也都在出产BLDC电机作为新产品开发的根底。虽然已有许多BLDC电机制造商,尤其是出产小型BLDC的,但商场上，尚没有许多集成操控电子计划。有才能能低本钱地将智能电子与BLDC电机整合在一起的厂家尚不简略找到。
选用BLDC电机技能的商场在扩展。比如燃料或水泵、空调(采暖通风和空调)、曲面光、大灯调平及许多其它轿车功用,正在从有刷直流电机或步进电机技能转为BLDC电机技能。当然,这不能一般性地证明有刷直流电机或步进电机都将被BLDC电机技能替代。但电机操控电子与电机自身比较，过分贵重这个首要观点，正一天天失掉说服力。此外,BLDC电机的长处能够明显强化其它体系特点(见表1)。因而,能够预见向智能运动操控这样一个革新终将到来。
无刷直流电机的优势
与其它电机技能比较，BLDC电机有若干优势,总列在表1。
表1:BLDC 电机优势一览。
从有刷直流过渡到无刷直流电机的问题?
当审视包含有刷直流电机(BDC)的运动操控体系时,很明显,其操控不像无刷直流电机那么杂乱。简言之：操控有刷直流电机，只要给个电压，电机就会作业。对BLDC电机操控体系短少经历的工程师常常忧虑在转用BLDC电机技能时会有困难,即便他们了解BLDC的优势。杂乱的电子体系及需对该体系编程被认为是个妨碍。因电子换向导致的较高本钱一般被认为是个“奇葩”。
但从BDC过渡到BLDC并非困难重重。选用Micronas的HVC 4223F单片计划，电子电路能够恰当简略。
在下例中给出的计划中,连HVC 4223F在内，只需13个器材。例如，假如体系现已包含电路板,则对BOM影响不大。在许多状况,由于更高功率，能够选用更小电机。履行器也能够更小，然后进一步下降资料本钱(电机、外壳、齿轮等)。
此外,可对选用HVC 4223F的BLDC操控体系进行特定编程,使其从外面看与BDC电机无异,也只要VBAT和GND两个电源衔接。因而,可在不改动整个体系规划的前提下，对现有运动操控体系进行晋级。别的，长时刻看，可经过比如网络和/或确诊功用等，对体系进行改善。现有的运用笔记与演示软件可供给足够用的功用，所以客户不需求从头开始规划。
用于最大化体系集成和灵敏驱动体系的单片架构
Micronas的新式高压操控器(HVC)能支撑体系具有高度集成的电机驱动电路以发挥现代永磁鼓励直流电机的功用潜力。HVC 4223F是一款集成的、内置一切必要外围模块、可直接驱动永磁同步电机/BLDC电机和双相步进电机的微计算机体系。外围模块的编程才能和用户界说软件支撑针对不同驱动体系的特点和特征，以施行最优适配。
驱动计划集成度的不断添加,使PMSM/BLDC的低功率/分量比(W/kg)成为或许,并影响功耗(功率/热办理)、驱动电路的灵敏性和所选的驱动办法以及确诊选项。电子的高集成密度要求凭借依据特定方针的功率办理对热工况进行适配。新的HVC系列产品供给的许多功用,可精确地完成这种适配。
依据不同运用和操作形式调适电机鼓励
轿车履行器运用不同驱动的概念要求能轻易地匹适电机功率桥,以及该桥是怎么鼓励的。HVC 4223F以其可装备的终究输出级、彻底集成和可编程的外围模块、及一款强壮的Cortex-M3内核，完美地处理了这个问题。它集成了6个 n/n半桥(包含充电泵)。经过对输出管脚进行恰当的电路衔接及对软件进行装备，这些半桥可适用于不同电机类型。
EPWM-Module(增强脉宽调制)支撑针对不同操作形式和类型的电机的被迫和主动自在环(free-wheeling)电流形式(异步/同步整流)(见表2)。集成的电流丈量和D/A转换器答应编程标称电流值(例如电流操控的微步进)。在没运用传感器的PMSM/BLDC电机中,转子方位反应信号可经过比较器和集成星点参阅发送,或经过选用霍尔传感器/编码器完成。别的,对步进电机来说，可选择通勤形式(commuted mode)以完成更高转速。对步进电机进行调适以满意不同作业形式(全/半歩、波驱动、微步、通勤)也是或许的或可编程的。
表2:带新式HVC的电机类型和操作形式概述。
在高速A/D转换器及电压和电流可调丈量信号途径的支撑下，Cortex-M3 CPU可快速履行速度和电流操控算法。输出级包含过载维护(过压/过电流)和确诊功用。用于电机鼓励的集成外围模块(EPWM、比较器、星点参阅、D/A转换器、确诊和过压/过流维护、温度监控)可针对表中列出的操作形式进行编程。
带Cortex-M3 CPU的高效体系
凭借软件，CPU 和闪存答应极高的体系灵敏性；例如，支撑对转速和电流操控的实时要求、完成散布式履行器体系(例如LIN集群)的通讯和确诊功用。HVC 4223F业已集成了主振荡器。可对CPU施行降频以降低功耗且不影响外设模块的功用。为削减电磁辐射,还包含一个下降EMI的模块(ERM)。可经过AHB/APB总线体系对一切外围模块进行编程并一起对体系要求进行调适。可将确诊和运用数据存储在集成的NVRAM中。
HVC系列产品的作业电源由12V车载电气体系直接供给并契合ISO 7337测验脉冲标准。启停体系由特别的保存形式支撑。与传统的线性稳压器比较,集成开关式稳压器(buck转换器)下降了功耗。节能形式支撑低功耗,如Kl.30运用。外部负载(如霍尔传感器)可由可编程高侧开关供电。
对散布式小型驱动体系(例如暖通空调体系)的通讯来说,HVC集成了LIN-UART和LIN物理层。别的,它还有另一个带主动寻址功用用于LIN集群的LIN管脚，例如用于暖通空调阀的运用。上述的体系集成和网络才能是小型和微型电机进一步小型化和集成化之路上的重要一步。
所用的驱动电路对驱动体系的牢靠性具有决定性影响。新HVC的架构包含广泛的确诊和维护功用，其SPFM大于60%(支撑ASIL)。这对依照ISO 26262在体系级的分化很重要；也即,对将安全和防护功用分配给独自和独立的体系器材承当相同重要，且这种分配可在体系、硬件和软件层面施行。
高的体系集成度对要求的体系失效时刻(FIT)率有积极影响,这是因器材数量削减了。
灵敏确诊的一个好比如是经过软件完成热办理。
图1:无刷直流电机内的电子集成。
经过评价电流和温度,可采纳措施以习惯操作标准；例如，CPU降频、约束电机电流、在电机桥中选用自在环电流形式等。
新的HVC 4223F选用细巧的6×6mm、40点QFN封装，充沛满意小型化要求，十分合适将电子功用集成到电机或履行器内。一起,暴露的触点(ePAD)确保了杰出的热衔接。结温度可达40℃到+150℃，而集成的过热监控支撑在对温度有很高要求的环境运用此款产品。
带BLDC电机驱动器的定位运用实例
用于定位运用的机械履行器一般有必要供给高扭矩(例如阀门、挡板等)。一般选用齿轮以取得负载所需的低转速，这就引入了恰当大的冲突损耗。在许多状况下,履行器有必要要输出一个安稳的坚持转矩，且履行器不能丢掉其最终方位以防止需求校准。依据量轻、体小的要求，电机和电子几许扮演着重要人物。示例描绘了一款单片电机驱动器计划，它选用HVC 4223F在无传感器、凭借LIN通讯接口完成六步通勤的环境下，驱动BLDC电机。图2显现的是阀门驱动器的原理体系，它集成了依据HVC 4223F单片计划的完好电子功用。
表3:HVC 4223F所用的外围功用概述
软硬件交互和电路计划
运动操控体系内，硬件和软件间的高效协同作业，取决于可用芯片外设的特定功用散布。表3对图2所示的无传感器、六步通勤、包含rpm和电流操控、带确诊和通讯栈功用这样一个体系，总结了一种或许的办法。软件架构能够选用简略的轮询中止。
图2:带BLDC电机的示例体系。
图3所示是该体系的一个根本电路计划。电机的外部组件数量可被削减到最少12个(参见图3中的表)。在有特别的体系ESD和/或EMC要求状况下,或许需求别的器材,如用于直流供电回路或信号通路的铁氧体磁珠等。
图3:原理电路计划。
定论
由于电子产品本钱的下降，选用BLDC电机技能的小型电机驱动计划的数量将添加。Micronas的高度集成的单片HVC 4223F计划是这一趋势的推手。
电机的品种将添加、功用会提高,包含智能驱动器之间的联网。此外,有必要满意对量轻、体小、更高功率密度、更低本钱的要求。所用的电机需求细巧、简便并能用于散布式LIN总线网络。
因可选用单片计划开发细小电机的完好渠道，所以可缩短规划时刻。经过调整软件，可针对不同的电机类型和特点。当今的有刷直流电机计划能够一对一地直接更换为无刷直流电机体系；在外面,BLDC电机看起来与传统电机无异，但内部却供给智能运动操控所需的一切优势。
自我确诊和功用安全发挥着越来越重要的效果。凭借电子完成的整合了智能的驱动器能够供给该确诊功用。电机的特点或许会与时俱进，能够盯梢这些影响并将其存储在电子电路中，并在必定程度上进行调整。
对软件进行调适可满意很多的功用和运用需求。客户可凭借单一操控器有效地装备一个完好渠道。很少的分立器材和高集成度完成了高度小型化，且支撑完成具有现代品种电机长处和优点的经济计划。硬件和软件的高度可重用性支撑快速呼应客户需求的改变。
