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中華民國台灣半導體產業協會

直流無刷馬達驅動器的工業應用與發展

  • 孫昌華

快捷半導體FCM820x驅動器外觀(左圖:不含散熱片;右圖:含散熱片)。

隨著科技的發展進步,生活水準的要求越來越高,對於工業用品或者生活家電的應用也越形重視,其中,馬達應用這一塊更是發展的重點。

如果可以研發更精進的馬達,就可以降低很多不必要的損耗,更可以提高產品的壽命,所以在馬達的市場裡競爭越來越激烈。如何發展出低功率、高效能的馬達,又可以減少能源的消耗,並且在這樣的條件下可以解決空間的問題,變成馬達未來發展的趨勢。

目前工業界與家電業所使用之馬達普遍來說可分為交流馬達與直流馬達兩種,其中直流馬達又可分為有刷和無刷兩種類型。交流馬達有體積大、成本高、壽命較短與效率不佳等缺點,故在目前大眾所廣為提倡節能環保與採用高效率產品的同時,改用直流馬達將可彌補交流馬達體積大、效率不佳等缺點。

直流馬達中又分為有刷馬達與無刷馬達,這兩種類型的直流馬達中,有刷馬達需要有電刷與換向器來使馬達旋轉,其中電刷會有磨耗的問題,也會有使用壽命與噪音等疑慮;而無刷馬達則是透過霍爾感測器把轉子位置回授至驅動電路,使驅動器能獲知馬達正確的相位換向時機,因此可避免有刷馬達電刷磨耗的問題,也較無壽命與噪音等疑慮。

此外在效率與節能的表現方面,直流無刷馬達會擁有比一般傳統感應馬達高出20%~30%效率;而根據歐美國家的統計,馬達之用電量大約占整體耗電量的64%~70%。各國有鑑於石油價格不斷攀升造成發電成本與產品的製造成本不斷增加,節能、創能與儲能等相關產業有如雨後春筍般蓬勃發展起來,在工業應用與白色家電相關產品中,例如:電動工具、冷氣、洗衣機、冰箱…等,原先都是使用傳統感應馬達,近幾年均開始提倡使用具有高度節能、低噪音、高效率與高品質的直流無刷馬達,使得直流無刷馬達取代傳統交流感應馬達的腳步有越來越快的趨勢。在無刷直流馬達的大量使用下,直流無刷馬達中所使用的驅動器變成未來發展的重要議題。

既然驅動器在直流無刷馬達運用是不可或缺的,在此相關業者提出一直流無刷馬達控制專用IC FCM820x搭配智慧功率模組,來達到線路精簡。可為單獨(Stand-alone)控制模式,或是選用搭配微控制器(Microcontroller)經由SPI介面執行複雜的馬達控制的工作模式,這其中只要使用簡單的接線與元件調整,即可達到操作模式的轉換,很適合作為開發直流無刷馬達驅動器過程中的開發工具。

以相關業者提出的產品,除了可以克服體積的問題之外,也可提供給數種不同馬力之無刷馬達客製應用。另外,可以透過外部旋鈕、指撥開關直接調整供給馬達速度、扭力控制測試驗證之介面;+5V或+15V 霍爾感測器電源選擇,甚至可支援串列埠介面(Serial Port Interface);亦可搭配微控制器(Microcontroller)執行更高階應用,並且提供完整的驅動電路保護方案;包含過電壓、過電流、過溫度、霍爾信號錯誤等多重保護功能。