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在節(jié)能減排已經(jīng)成為消費(fèi)者的新需求時(shí)，各種工業(yè)企業(yè)也開始了轉(zhuǎn)型，配合國(guó)家的政策向節(jié)能減排發(fā)展。在動(dòng)力部分，要想配合節(jié)能減排的方針政策，主要就是提高技術(shù)，選擇適合的電機(jī)，那么什么電機(jī)既能滿足生產(chǎn)需求又能做到節(jié)能減排呢?

有刷電機(jī)與無刷電機(jī)

有刷電機(jī) 

主要由永磁材料制造的定子（Stator）、繞有線圈（Coil）繞組的轉(zhuǎn)子（Rotor） 、換向器（Commutator）和電刷（Brush）等構(gòu)成。由上圖動(dòng)畫可以看到：在磁場(chǎng)中放置線圈，通過流動(dòng)的電流，線圈會(huì)被一側(cè)的磁極排斥，同時(shí)被另一側(cè)磁極所吸引。電機(jī)中的換向器部分是靠電刷供電的，電刷的位置在轉(zhuǎn)向器上方，隨著旋轉(zhuǎn)不斷移動(dòng)。通過改變電刷的位置，可使電流方向發(fā)生變化。換向器和電刷是直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)所不可或缺的結(jié)構(gòu)。

無刷電機(jī)

無刷電機(jī)，簡(jiǎn)稱：BLDC，“BL”意為“無刷”。

無刷直流電機(jī)的定子（Stator）是線圈（Coil）繞組電樞，轉(zhuǎn)子（Rotor）是永磁體。如果只給電機(jī)通以固定的直流電流，則電機(jī)只能產(chǎn)生不變的磁場(chǎng)，電機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)起來，只有實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，再根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置給電機(jī)的不同相通以對(duì)應(yīng)的電流，使定子產(chǎn)生方向均勻變化的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電機(jī)才可以跟著磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。無刷直流電機(jī)以電子換向器取代了機(jī)械換向器，所以無刷直流電機(jī)既具有直流電機(jī)良好的調(diào)速性能等特點(diǎn)，又具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無換向火花，運(yùn)行可靠和易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。 

無刷電機(jī)可以使用直流電源或者是交流電源供電，滿足各種行業(yè)的不同需求，同時(shí)無刷電機(jī)的體積要比同功率的有刷電機(jī)30%以上，安裝更為方便合理。最重要的是，無刷電機(jī)的電能轉(zhuǎn)化率達(dá)到80%以上，比其他電機(jī)要節(jié)能50%。

電子產(chǎn)品大都在遵循“摩爾定律”，唯獨(dú)電機(jī)產(chǎn)業(yè)近20年來沒有任何更新?lián)Q代——但隨著半導(dǎo)體組件如功率組件(MOSFET)，微控制器(MCU)，驅(qū)動(dòng)組件(Gatedriver)的普及，使得無刷直流電機(jī)的總成本降低很多，BLDC直流無刷電機(jī)技術(shù)替代傳統(tǒng)電機(jī)已經(jīng)勢(shì)在必行。

據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，2010年以來，無刷直流電機(jī)(BLDC)行業(yè)收入連年增加，2016年為189.2億元，同比增長(zhǎng)22.3%，中國(guó)無刷直流電機(jī)(BLDC)的市場(chǎng)前景較為樂觀，市場(chǎng)規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大。預(yù)計(jì)未來五年，行業(yè)增速仍將保持在20%左右的水平，到2022年行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到565億元左右。

專為無刷直流電機(jī)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的單片機(jī)及其解決方案

相較于傳統(tǒng)直流有刷電機(jī)的電刷因長(zhǎng)期磨損的關(guān)系需要一直保養(yǎng)維護(hù)，直流無刷電機(jī)不使用基于電刷的機(jī)械式換相，而是采用電子式換相，配置適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)器來控制電機(jī)換相，可以提高效率且相對(duì)安靜與省電，在現(xiàn)代許多家電、工業(yè)應(yīng)用中都可以看到直流無刷電機(jī)。

高性能的BLDC電機(jī)相信是未來電機(jī)發(fā)展的重要趨勢(shì)；與此同時(shí)，終端消費(fèi)市場(chǎng)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制不再僅限于電機(jī)啟停，定速變檔等，還需要具有高性能，低噪音，效率高等要求；MCU作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的大腦，變得尤為重要。

觀察近年來的MCU市場(chǎng)規(guī)模，中國(guó)通用MCU產(chǎn)品中，32位MCU產(chǎn)品占比最高，達(dá)54%；其次為8位MCU產(chǎn)品，占比達(dá)43%。與全球MCU產(chǎn)品結(jié)構(gòu)占比相比，中國(guó)16位及32位MCU產(chǎn)品占比仍較低。考慮到8位的單個(gè)芯片比32位芯片要便宜很多的事實(shí)，8位的出貨量其實(shí)遠(yuǎn)高于32位的。可見得32bit/8bit的選擇不屬于「是非題」，還是要視應(yīng)用端而定。一般來說，控制型或大量需要位元（bit）運(yùn)算的應(yīng)用仍然會(huì)選擇8bit MCU。此外，8bit MCU有些架構(gòu)上的特點(diǎn)，如可較節(jié)省程式空間與降低中斷延遲。在許多嵌入式設(shè)計(jì)上，8位MCU比32位擁有更容易設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，依循8位架構(gòu)的軟件和硬件比起32位將更為簡(jiǎn)易。

BD66FM5250 作為一款 8 位高性能精簡(jiǎn)指令集 Flash 單片機(jī)，它高度集成多種特性，專為無刷直流電機(jī)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

在存儲(chǔ)器特性方面，Flash 存儲(chǔ)器可多次編程的特性給用戶提供了較大的方便。除了 Flash 程序存儲(chǔ)器，還包括 RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和用于存儲(chǔ)序列數(shù)據(jù)、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)等非易失性數(shù)據(jù)的 True EEPROM 存儲(chǔ)器。此外通過使用 IAP 功能，便于用戶直接將測(cè)量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至程序存儲(chǔ)器中或進(jìn)行應(yīng)用程序更新。

此單片機(jī)具有性能良好、功耗低、I/O 使用靈活的特性，外加集成有定時(shí)器模塊、內(nèi)部振蕩器、多通道 A/D 轉(zhuǎn)換器、D/A 轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器、脈寬調(diào)制功能、16 位捕捉定時(shí)器模塊、比較器、電機(jī)保護(hù)模塊、霍爾傳感器位置檢測(cè)功能、 UART 接口功能、16 位 MDU、時(shí)基、低電壓復(fù)位、低電壓檢測(cè)、暫停和喚醒功能。雖是一款專為無刷直流電機(jī)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的單片機(jī)，但其強(qiáng)大的功能使得 它可以廣泛應(yīng)用于 A/D 產(chǎn)品中，例如傳感器信號(hào)處理、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、工業(yè)控制、 消費(fèi)類產(chǎn)品和子系統(tǒng)控制等。

合泰與華秋聯(lián)合推出基于BD66FM5250定制的五節(jié)鋰電池 BLDC 沖擊扳手應(yīng)用方案，可應(yīng)用于腳手架沖擊扳手等領(lǐng)域。

應(yīng)用特性

■ 操作控制：VR無級(jí)調(diào)速、正反轉(zhuǎn)控制

■ 檔位顯示、檔位切換、斷電檔位記憶

■ 反轉(zhuǎn)自停功能，斷電功能記憶

■ 延時(shí)斷電功能，關(guān)機(jī)后零消耗

■ 提供電壓保護(hù)、過電流、過溫及堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能

工作原理

電機(jī)控制工作原理簡(jiǎn)介（以 BD66FM5250 為例），分為轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速控制兩個(gè)部分。

轉(zhuǎn)向控制

圖片左側(cè)為電機(jī)控制向前轉(zhuǎn)概念圖、右側(cè)為 MOSFET 開關(guān)(Mask 功能)方框圖，為了使得電 機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，我們必須讓電機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子動(dòng)起來，而轉(zhuǎn)子就是所謂的磁鐵，我們通過控制 MOSFET 開關(guān)電路來使得電流流過特定方向的定子繞組(U、V、W 其中兩個(gè))并產(chǎn)生磁場(chǎng)來吸引轉(zhuǎn)子 (磁鐵)，接著通過換相時(shí)序來改變開關(guān)電路使得電流流過另一個(gè)不同方向的定子繞組，并繼 續(xù)吸引轉(zhuǎn)子，而這個(gè)吸引轉(zhuǎn)子的過程就是讓驅(qū)動(dòng)電機(jī)的簡(jiǎn)易工作原理，且改變換相時(shí)序的 組合，即可達(dá)到正反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向控制，在 BD66FM52xx 系列中，我們只需要控制電流的方向即可讓電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來。

轉(zhuǎn)速控制

無刷直流電機(jī)有一個(gè)特點(diǎn)，那就是可以自由調(diào)變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，對(duì)于 User 來說非常方便。 其原理為電機(jī)的轉(zhuǎn)速與磁場(chǎng)大小成正比，而該磁場(chǎng)是由流過定子繞組的電流所產(chǎn)生的，電流越強(qiáng)，磁場(chǎng)越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速也會(huì)越快。流過定子繞組的電流大小由外部驅(qū)動(dòng) MOSFET 開關(guān)發(fā)出 PWM 信號(hào)(高電平為導(dǎo)通，低電平為打開)所決定的，當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，會(huì)有電流流過定子繞組;當(dāng)開關(guān)打開時(shí)，則不會(huì)有電流。高電平與低電平兩者的比例稱為 Duty(占空比)， 當(dāng) Duty=100%(都為高電平)時(shí)代表一個(gè)周期內(nèi)，開關(guān)都導(dǎo)通，此時(shí)電流最大;當(dāng) Duty=0%(都 為低電平)時(shí)代表一個(gè)周期內(nèi)，開關(guān)都打開，此時(shí)電流為 0，故我們可以通過調(diào)變 PWM 的 Duty 占空比來進(jìn)而調(diào)整電流的大小，達(dá)到控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速的目的。

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