這篇“產品操作方法”文章重點介紹如何在嵌入式系統(tǒng)中使用某種產品，由公司代表撰寫。
    無刷直流 (BLDC) 和永磁同步 (PMSM) 電機由于效率高且生產成本日益便宜，因此需求不斷增加。這些類型的電機預計將在 750W 至 5kW 的低功率范圍內獲得市場重要性特別。
    因此，設計人員面臨著降低電機安裝成本（包括控制系統(tǒng)）的壓力，而這正是更高效的低成本微控制器可以提供幫助的地方。然而，了解這些要求有助于說明控制電路設計人員需要關注哪些功能，才能以的硅投資獲得性能。
    此外，模塊化軟件塊和硬件參考設計提供快速電機控制解決方案。電機控制軟件例程經(jīng)過驗證并保持不變，與電機尺寸無關，因此包括白色家電到主要工業(yè)裝置的應用都可以由相同的設備驅動。
    了解電機
    電機有兩個主要部分：非移動部分稱為定子，移動部分通常位于定子內部，稱為轉子。根據(jù)電機類型，定子和轉子可由線圈繞組或永磁體組成。
    為了使電機能夠旋轉，需要兩個磁通量，一個來自定子，另一個來自轉子。通過控制施加的電流，可以產生旋轉磁場。電機由于旋轉磁場的相互作用而旋轉，因為轉子的磁場試圖與定子的磁場對齊。
    有刷直流電機依靠機械系統(tǒng)來傳輸電流。有刷電機的中心有一個繞線轉子，永磁體定子粘合到圍繞轉子的鋼環(huán)上。換向器提供了一種將固定電源連接到旋轉線圈的方法，通常通過騎在光滑導電板上的導電刷來連接。當電刷與換向器接觸時，電流通過轉子線圈。單個線圈轉子產生的不均勻扭矩可以通過添加額外的線圈和換向器片來平滑。
    另一方面，交流感應電機不依賴機械系統(tǒng)來控制電流，而是使電流流過直接或通過固態(tài)電路連接到電源的定子。
    電機定子具有多個線圈繞組，當由交流電驅動時，它們作為一組電磁體運行以產生所需的磁通。它通常有一個鼠籠式轉子，由轉子兩端的環(huán)和連接環(huán)的桿組成，這些桿沿著轉子的長度延伸。在三相電機中，定子線圈順序通電和斷電，產生旋轉磁場。這會感應電流在鼠籠式轉子的桿中流動，進而產生另一個磁場。
    無刷直流電機詳細信息
    術語“BLDC”是一個營銷驅動的標簽，旨在宣傳這樣一種理念：配備適當驅動器的 BLDC 電機是有刷直流電機及其驅動器的合適直接替代品。從技術上講，BLDC 電機仍然是交流電機；也就是說，需要交流電輸入才能使電機移動。
    BLDC 電機是一種旋轉電機，其定子是經(jīng)典的三相繞線定子，與感應電機類似。BLDC 轉子不是感應轉子，而是具有表面安裝的永磁體，可提供穩(wěn)態(tài)磁場。
    當繞線定子通入三相交流電時，會產生旋轉磁場，使轉子與其同步旋轉。BLDC 電機具有梯形分布繞組，由與給定轉子位置耦合的梯形電流驅動。
    與 BLDC 電機類似，PMSM 的轉子由永磁體組成。PMSM 的定子的三相繞組呈正弦分布，這與 BLDC 電機中的梯形分布相反。它的工作方式與 BLDC 電機相同，當繞線定子由三相交流電供電時，它會產生旋轉磁場，導致轉子與其同步旋轉。
    PMSM 具有正弦分布繞組，由與給定轉子位置耦合的正弦電流驅動。電機僅消耗滿足負載所需的功率和能量，因此為了節(jié)省能源，可以選擇減少負載、減少運行時間或提高效率。
    電機的效率是衡量其將電能轉化為有用功的程度的指標。輸出機械功率與輸入電功率之間的差異是由于電機中發(fā)生的五種不同損耗造成的，包括：
    因此，以 I2R 表示的電氣損耗 為顯著，并且隨著電機負載的增加而迅速增加。這些似乎是由定子繞組和轉子導體中流動的電流的電阻產生的熱量；
    磁損耗 ——由于磁滯和渦流而出現(xiàn)在定子和轉子的鋼疊片中；
    機械損失——來自軸承摩擦、通風和風阻；
    雜散負載損失 - 由于與氣隙缺陷相關的漏磁通，以及；
    電刷接觸損耗 - 對于有刷直流電機來說，是由電刷和換向器之間的電壓降引起的。
    更高效率的 BLDC 和 PMSM
    在轉子中使用永磁體有助于保持 BLDC 電機和 PMSM 轉子較小且慣性較低。更重要的是，電機的電損耗比感應電機少，因為它們的轉子中沒有次級繞組，并且轉子磁損耗也低得多。
    轉子中沒有電流流動，電機也會產生很少的熱量。與通過交流感應電機氣隙或有刷直流電機軸散熱相比，BLDC 電機和 PMSM 的繞線定子結構進一步允許更有效地耗散產生的熱量。
    分別與交流感應電機和有刷直流電機的鼠籠式和繞線式轉子結構相比，轉子上的慣性也更小。這種高扭矩慣量比使 BLDC 電機和 PMSM 能夠提供比其他電機類型更好的加速率。
    在低功率范圍和需要變速控制的應用中，采用 BLDC 電機和 PMSM 與交流感應電機相比，效率可提高高達 10% 至 15%，并有可能實現(xiàn) 90% 的運行效率。
    同時，BLDC 電機和 PMSM 也比有刷直流電機更加節(jié)能。出現(xiàn)這種情況是因為電機消除了勵磁電路損耗，并且不會受到電刷引起的摩擦。效率的提高在電機性能曲線的低負載區(qū)域更為明顯。

    此外，對于相同的機械功輸出，BLDC 和 PMSM 總是比交流感應電機小，并且通常比有刷直流電機小。這是因為電機的固有結構有利于更好的熱效率，因此電機本體的熱效率較低。熱量消散。從這個角度來看，BLDC 和 PMSM 的制造所需原材料更少，并且可能更具成本效益。

    圖1：eCOG1X電機控制具體外設
    16 位微控制器（例如外設豐富的 eCOG1X）自然適合嵌入式電機控制應用。這些器件托管許多電機控制專用外設，有助于并簡化由微控制器處理器執(zhí)行的電機控制應用軟件。這些外設如上面的圖 1 所示。
    六通道 MCPWM 數(shù)字輸出可以直接控制功率驅動級的開關晶體管，進而通過逆變橋將適當?shù)南辔恍盘柺┘拥诫姍C相位?？梢赃M行完整的四象限驅動操作，為電機沿任一方向運行提供加速和減速扭矩。
    在使用電位計輸入速度需求和電機運行方向的應用中，可以通過 eCOG1X ADC 通道之一進行監(jiān)控。另一個 ADC 通道可用于觀察總定子電流并檢查是否存在過流故障情況。
    通過使用 eCOG1X 輸入捕獲定時器捕獲電機霍爾效應傳感器輸出的變化，可以獲得有關轉子位置和速度反饋的信息。

    為了減少設計時間，還提供了模塊化軟件模塊和硬件參考設計，后者的示例如下圖2所示。

    圖 2：無刷直流電機和永磁同步電機的控制電路越來越多地使用低成本、高度集成的微控制器來實現(xiàn)。
    正如我們所展示的，無刷直流電機和永磁同步電機由于其高效率和線速度/扭矩特性滿足了降低功率和提高性能的需要，因此在各種消費和工業(yè)應用中獲得了廣泛的應用。