馬達(dá)控制簡(jiǎn)介

　　馬達(dá)控制其實(shí)就是電機(jī)控制，是指，對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)、加速、運(yùn)轉(zhuǎn)、減速及停止進(jìn)行的控制。根據(jù)不同電機(jī)的類型及電機(jī)的使用場(chǎng)合有不同的要求及目的。對(duì)于電動(dòng)機(jī)，通過電機(jī)控制，達(dá)到電機(jī)快速啟動(dòng)、快速響應(yīng)、高效率、高轉(zhuǎn)矩輸出及高過載能力的目的。

　　電機(jī)啟動(dòng)控制

　　三相異步電機(jī)啟動(dòng)方式包括：全電壓直接啟動(dòng)、降壓?jiǎn)?dòng)、增加轉(zhuǎn)子回路電阻啟動(dòng)。

　　對(duì)于降壓?jiǎn)?dòng)，主要包括：自耦變壓器啟動(dòng)、星-三角變化啟動(dòng)、變電壓?jiǎn)?dòng)。異步電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)，其轉(zhuǎn)差率s=1。此時(shí)，T型等效電路的轉(zhuǎn)子側(cè)阻值很低，因此啟動(dòng)電流的大小較大，通過降壓?jiǎn)?dòng)可以降低啟動(dòng)電流。由于異步電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此對(duì)于降壓?jiǎn)?dòng)需要保證電機(jī)具有一定的啟動(dòng)能力。

馬達(dá)控制百科

　　馬達(dá)控制其實(shí)就是電機(jī)控制，是指，對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)、加速、運(yùn)轉(zhuǎn)、減速及停止進(jìn)行的控制。根據(jù)不同電機(jī)的類型及電機(jī)的使用場(chǎng)合有不同的要求及目的。對(duì)于電動(dòng)機(jī)，通過電機(jī)控制，達(dá)到電機(jī)快速啟動(dòng)、快速響應(yīng)、高效率、高轉(zhuǎn)矩輸出及高過載能力的目的。

　　電機(jī)啟動(dòng)控制

　　三相異步電機(jī)啟動(dòng)方式包括：全電壓直接啟動(dòng)、降壓?jiǎn)?dòng)、增加轉(zhuǎn)子回路電阻啟動(dòng)。

　　對(duì)于降壓?jiǎn)?dòng)，主要包括：自耦變壓器啟動(dòng)、星-三角變化啟動(dòng)、變電壓?jiǎn)?dòng)。異步電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)，其轉(zhuǎn)差率s=1。此時(shí)，T型等效電路的轉(zhuǎn)子側(cè)阻值很低，因此啟動(dòng)電流的大小較大，通過降壓?jiǎn)?dòng)可以降低啟動(dòng)電流。由于異步電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此對(duì)于降壓?jiǎn)?dòng)需要保證電機(jī)具有一定的啟動(dòng)能力。

　　增加轉(zhuǎn)子回路啟動(dòng)的方法適用于繞線式轉(zhuǎn)子、深槽轉(zhuǎn)子及雙籠式轉(zhuǎn)子。對(duì)于鼠籠式轉(zhuǎn)子無法使用該方法。

　　增加異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻時(shí)，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩將不會(huì)受到影響，但最大轉(zhuǎn)矩的出現(xiàn)點(diǎn)將發(fā)生移動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率曲線將沿轉(zhuǎn)差率軸壓縮。由于電機(jī)曲線關(guān)于轉(zhuǎn)差率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，因此電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩將增大。但其數(shù)值受電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的影響。

　　單相異步電機(jī)的啟動(dòng)方式包括：電容啟動(dòng)、電阻啟動(dòng)、PTC啟動(dòng)等、罩極啟動(dòng)等。

　　由于感應(yīng)電機(jī)單相繞組在轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，無法產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，因此只有單相繞組的異步電機(jī)無法自啟動(dòng)。對(duì)此，需要在單相異步電機(jī)上安裝有于主繞組成90°的輔助繞組。該繞組主要用于電機(jī)的啟動(dòng)，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)完成后可以切斷該繞組或用于電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　為了使電機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，就必須使電機(jī)繞組在轉(zhuǎn)子靜止時(shí)能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。為此，需要有在空間上互成90°的兩個(gè)繞組，并通入相位上互差90°的電流。由于電機(jī)繞組成感性、因此可以利用電容和電阻使2個(gè)繞組互成90°。PTC啟動(dòng)，是使用PTC電阻，當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到一定速度后，電機(jī)的溫度將升高，此時(shí)PTC電阻達(dá)到劇里溫度，電阻自動(dòng)切斷。

　　同步電機(jī)由于轉(zhuǎn)子以同步速旋轉(zhuǎn)，不存在轉(zhuǎn)差率。當(dāng)轉(zhuǎn)子的速度與同步速相差較大時(shí)，將產(chǎn)生失步現(xiàn)象，因此無法自啟動(dòng)。同步電機(jī)的啟動(dòng)方式包括：變頻啟動(dòng)、異步電機(jī)帶動(dòng)啟動(dòng)、線性電機(jī)自啟動(dòng)。

　　對(duì)于變頻啟動(dòng)，通常設(shè)定啟動(dòng)電壓頻率的變化率，當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速的60至80后，向電機(jī)加入額定頻率，直接帶入同步。異步電機(jī)帶動(dòng)啟動(dòng)類似。對(duì)于線性電機(jī)，其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為永磁體+鼠籠。鼠籠用于啟動(dòng)過程。當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)至同步速后，鼠籠不再產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。

　　電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)及調(diào)速控制

　　電機(jī)調(diào)速方法包括：串電阻調(diào)速、變頻調(diào)速、變極調(diào)速及矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。

　　串電阻調(diào)速主要用于異步電機(jī)。調(diào)速范圍受到電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩限制。

　　變頻調(diào)速適用于感應(yīng)電機(jī)。通過調(diào)節(jié)同步速達(dá)到調(diào)速的目的。

　　變極調(diào)速通過改變電機(jī)極數(shù)，產(chǎn)生1/2、1/3.。。的轉(zhuǎn)速。

　　矢量控制技術(shù)是由德國學(xué)者Blaschke在1971年提出的。通過對(duì)電機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組解耦，使控制感應(yīng)電機(jī)與控制直流電機(jī)一樣。通過分別調(diào)節(jié)電機(jī)勵(lì)磁與電樞電流的大小，來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、反電動(dòng)勢(shì)等。

　　直接轉(zhuǎn)矩控制由德國學(xué)者Depenbrock于1985年提出。它直接控制定子磁鏈空間矢量和電磁轉(zhuǎn)矩，具有快速響應(yīng)的能力。

　　馬達(dá)控制解決方案推薦

　　我們的生活可以說已經(jīng)離不開馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)，走進(jìn)家門，我們的洗衣機(jī)、吹風(fēng)機(jī)、電動(dòng)胡須刀、豆?jié){機(jī)，甚至小孩子的玩具都有馬達(dá)在發(fā)揮它的作用；走出家門，汽車、電動(dòng)車、工廠設(shè)備等，馬達(dá)也是他們的核心。在不同的環(huán)境下，我們會(huì)用到不一樣的馬達(dá)，這就意味著不一樣的馬達(dá)，需要不一樣的解決方案支持。

　　之前在大聯(lián)大的工作人員支持下我整理了一些解決方案的匯總，雖然不太全，但是也算是一部好的解決方案，希望大家在看完后可以給我一些建議。這里的方案主要是針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域的方案，分別來自Fairchild 、Magnachip 、Samsung、ST、TI 以及TE。

　　Fairchild高效無刷直流電機(jī)控制設(shè)計(jì)方案

　　目前的電機(jī)控制應(yīng)用設(shè)計(jì)人員正在從傳統(tǒng)的通用或交流電機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換到更為成熟的無刷直流（BLDC）電機(jī)或永磁同步電機(jī)（PMSM）設(shè)計(jì)。然而，如果設(shè)計(jì)人員不能有效獲得高級(jí)、復(fù)雜的電機(jī)控制算法，不管選擇哪一種方案，都非常具有挑戰(zhàn)性。而且，我認(rèn)為這可能會(huì)導(dǎo)致巨大的研發(fā)資源支出及更長(zhǎng)的設(shè)計(jì)時(shí)間。

　　現(xiàn)在準(zhǔn)備給您介紹的飛兆半導(dǎo)體公司的FCM8531 模擬及數(shù)字集成式電機(jī)控制器，就可以幫助設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)這些成本和軟件負(fù)擔(dān)（但不是完全替代）。大聯(lián)大的技術(shù)人員介紹FCM8531 是一款定制的可配置解決方案，配有幫助電機(jī)控制設(shè)計(jì)人員縮短上市時(shí)間且最小化軟件設(shè)計(jì)工作的用戶指南、參考設(shè)計(jì)和評(píng)測(cè)板。

　　FCM8531是一款三相混合 BLDC/PMSM 控制器，具有兩個(gè)并行處理器、一個(gè)先進(jìn)的電機(jī)控制器（AMC）和一個(gè)嵌入式微控制器（MCU）。該產(chǎn)品針對(duì)復(fù)雜的電機(jī)控制應(yīng)用，提供了一個(gè)比較完整的單芯片解決方案。這兩個(gè)核心處理器獨(dú)立工作，通過有助于避免系統(tǒng)掛機(jī)并增強(qiáng)硬件保護(hù)的內(nèi)部通信接口協(xié)作進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。FCM8531通過其集成式硬件控制器和 MCU 接口管理功能最大限度地減少軟件負(fù)擔(dān)，并實(shí)現(xiàn)了更高效且快速的負(fù)載響應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)。

　　我與大聯(lián)大交流的時(shí)候，我們一致認(rèn)為AMC 能夠適用各種電機(jī)設(shè)計(jì)，使用可配置和存儲(chǔ)的飛兆半導(dǎo)體庫執(zhí)行功能強(qiáng)大的算法，如正弦波控制、磁場(chǎng)定向控制（FOC）及直接正交（DQ）控制}，以提供高性能電機(jī)控制功能。 與 AMC 配對(duì)使用的 MCU 接口使用戶能輕易改變寄存器的值，滿足不同電機(jī)操作流程及特點(diǎn)的要求。 該器件非常適合于解決無速度傳感器風(fēng)扇應(yīng)用中的啟動(dòng)抖動(dòng)，以及各種風(fēng)扇和泵應(yīng)用中的噪音和低效率問題。FCM8531具有多種硬件保護(hù)功能，如過壓保護(hù)和過流保護(hù)。其設(shè)計(jì)考慮及提供對(duì)所有故障模式的快速響應(yīng)，同時(shí)嵌入式 MCU 可輕易地實(shí)現(xiàn)額外功能。

　　FCM8531集成了先進(jìn)馬達(dá)控制器（AMC）和一個(gè)51兼容的MCU，其中AMC為一個(gè)基于硬件的馬達(dá)控制器加一個(gè)可配置為數(shù)種專用馬達(dá)控制算法的可配置處理內(nèi)核組成，用于實(shí)現(xiàn)馬達(dá)控制，而MCU部分實(shí)現(xiàn)流程控制和通信接口的功能，向AMC提供馬達(dá)控制指令，執(zhí)行馬達(dá)控制動(dòng)作，并且管理外部通信接口。

　　該架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于：最少的軟件工作，由于飛兆在AMC的軟件庫中配置和存儲(chǔ)了大量軟件庫，AMC可執(zhí)行FOC和DQ控制等算法，MCU僅需簡(jiǎn)單的系統(tǒng)控制軟件編程；可靠性高，AMC和MCU獨(dú)立工作，避免系統(tǒng)中斷；性能穩(wěn)健，AMC內(nèi)置硬件實(shí)時(shí)保護(hù)功能，可實(shí)時(shí)檢測(cè)PWM信號(hào)，并可在微秒內(nèi)關(guān)斷PWM信號(hào)防止系統(tǒng)損壞； AMC 能夠適用各種電機(jī)設(shè)計(jì)，使用可配置和存儲(chǔ)的飛兆半導(dǎo)體庫執(zhí)行功能強(qiáng)大的算法，如正弦波控制、磁場(chǎng)定向控制（FOC）及直接正交（DQ）控制}，以提供高性能電機(jī)控制功能。與 AMC 配對(duì)使用的 MCU 接口使用戶能輕易改變寄存器的值，滿足不同電機(jī)操作流程及特點(diǎn)的要求。

　　【系統(tǒng)方塊圖】

　　飛兆半導(dǎo)體還為電機(jī)控制開發(fā)配備了易于使用的開發(fā)工具——電機(jī)控制開發(fā)系統(tǒng)（MCDS），由一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（IDE）和一個(gè)允許工程師配置 AMC 并為 MCU 開發(fā)代碼的 MCDS 編程工具組成。 該系統(tǒng)與處理核心一起提供一個(gè)集成式軟件工程平臺(tái)，有利于快速開發(fā)電機(jī)控制程序。 MCDS-IDE 易于使用并完善了設(shè)計(jì)目標(biāo)時(shí)間表。當(dāng)與 MCDS 編程工具套件一起使用時(shí)，可快速完成代碼編程，從而可實(shí)時(shí)調(diào)整電機(jī)運(yùn)行信號(hào)。

　　飛兆為可配置的AMC部分提供了針對(duì)不同應(yīng)用而設(shè)計(jì)的軟件庫，供用戶輕松實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，目前可提供的軟件庫包括速度積分、滑動(dòng)模式和霍爾接口，可覆蓋80%的市場(chǎng)應(yīng)用，所以FCM8531除了可以應(yīng)用于家用電器中的小電機(jī)控制，也可以用于大電流的工業(yè)電機(jī)控制之中。

　　Magnachip Power Module 馬達(dá)控制

　　來自韓國的MagnaChip Semiconductor（前身為 Hynix半導(dǎo)體公司的系統(tǒng)集成電路業(yè)務(wù)）是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體生產(chǎn)商之一，具備世界級(jí)的技術(shù)能力，并且在韓國設(shè)有5家晶圓廠。這次介紹的是它的IGBT Module，有600V/50~300A 和 1200V/50~300A 產(chǎn)品，具有先進(jìn)的SPT+ IGBT制程工藝，流暢的開關(guān)特性和低損耗。

　　大聯(lián)大的技術(shù)人員介紹IGBT Module的特性細(xì)分下來有4個(gè)：New concept spring-type具有連接Gate and Emitter高靜電防護(hù)功能；大封裝大電流IGBT產(chǎn)品；多種尺寸封裝選擇；低雜散電感。

　　具體應(yīng)用包含：不斷電系統(tǒng)；電焊機(jī)；馬達(dá)變頻器；電動(dòng)車馬達(dá)控制器；工業(yè)超聲波加熱器。

　　Samsung N429 MCU （Cortex M0） 通用電機(jī)控制

　　S3FN429是三星電機(jī)控制微控制器的新成員，利用一個(gè)小引腳數(shù)封裝中達(dá)到高性能和成本效益。該設(shè)備控制，可用于如電動(dòng)自行車應(yīng)用 ， 提供優(yōu)化的功能。大聯(lián)大的技術(shù)人員介紹這款產(chǎn)品主要可以用在PMSM以及BLDC電機(jī)控制；工業(yè)控制；家用電器應(yīng)用；電動(dòng)車、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)和泵。

　　單獨(dú)介紹一下這款產(chǎn)品的特性，其他的說明書上不太全，這里寫多一些。Cortex-M0 CPU @40MHz （36 DMIPS）；32/16 KB Flash and 2KB SRAM；Internal RC-0SC 40MHz （+/- 1.5%）；Wide operating voltage 2.5-5.5V；3 x 16-bit TC， 4 x 16-bit PWM；電機(jī)控制IMC；PPD for position & speed measurement；10ch 12Bit ADC；1 x OP-AMP， 4 x Comparator；溫度范圍： -40 ~ 105℃

　　【產(chǎn)品方塊圖】

　　【產(chǎn)品照片】

　　ST 的80W直流無刷電機(jī)控制板

　　這塊板子主要針對(duì)80W及以下電機(jī)控制開發(fā)出來的具有高性價(jià)比及小空間的方案，在硬件方面采用ST的Viper16及STGIPN3H60，MCU采用高性能STM32F100C6T6B。優(yōu)化的PCB layout及電路的設(shè)計(jì)，是方案具有高可靠性及生產(chǎn)的可執(zhí)行性。

　　這款產(chǎn)品的特色是兩點(diǎn)：高可靠度：整個(gè)方案采用高性能MCU+高可靠性IPM，使得方案的可靠度高；PM的高集成度，使得客戶在設(shè)計(jì)時(shí)能做到小尺寸，同時(shí)Layout也更為順暢。

　　【系統(tǒng)方塊圖】

　　【DEMO圖】

　　*主要器件：

　　1，MCU：STM32F100C6T6B 電機(jī)控制主控MCU

　　2，IPM ：STGIPN3H60 6*IGBT+6*驅(qū)動(dòng)電路+3*自舉二極管+一些阻容

　　3，Viper：Viper16L 開關(guān)電源集成芯片=驅(qū)動(dòng)+MOSFET

　　ST 的三相高壓變頻器電路電源板

　　大聯(lián)大的技術(shù)人員介紹三相高壓逆變器電源板具有STM STGIPN3H60的永磁同步電機(jī)兩種磁場(chǎng)定向控制（FOC）（PMSM）和梯形標(biāo)量控制的無刷直流（BLDC）電機(jī)。

　　與上面的控制板相同，這款也具有兩個(gè)特色，分別是：高可靠度：整個(gè)方案可以搭配MCU控制；使得客戶在設(shè)計(jì)時(shí)能做到小尺寸，同時(shí)布局也更為順暢。

　　【系統(tǒng)方塊圖】

　　【方案照片】

　　TI 的InstaSpin系列馬達(dá)控制方案

　　業(yè)內(nèi)說這個(gè)方案有三寶，包括TI InstaSpin BLDC ： 馬達(dá)只需數(shù)秒鐘即可開始運(yùn)轉(zhuǎn)；TI InstaSpin FOC： 馬達(dá) ID 與自動(dòng)調(diào)校解決方案，可針對(duì)所有變速、變負(fù)載馬達(dá)的應(yīng)用；TI InstaSpin Motion： 用最小的力度實(shí)現(xiàn)最大的控制。

　　在與大聯(lián)大技術(shù)人人溝通的過程中，發(fā)現(xiàn)InstaSPIN-BLDC 專門針對(duì)低成本 BLDC 應(yīng)用而推出，是一款可在數(shù)秒內(nèi)啟動(dòng)馬達(dá)并使之運(yùn)轉(zhuǎn)的無傳感器控制技術(shù)，無需任何與馬達(dá)參數(shù)及相關(guān)的知識(shí)即能夠工作，而且用戶僅需調(diào)節(jié)單個(gè)微調(diào)值即可。與其它基于反電動(dòng)勢(shì)過零檢測(cè)時(shí)序的無傳感器 BLDC 控制技術(shù)不同，InstaSPIN-BLDC 可通過監(jiān)測(cè)馬達(dá)的磁通量來判定為馬達(dá)換向的時(shí)間。使用磁通量進(jìn)行換向與使用反電動(dòng)勢(shì)過零檢測(cè)時(shí)序進(jìn)行換向相比，還能讓馬達(dá)在較低速度下更加穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。 與磁通量信號(hào)不同的是，反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)的幅度會(huì)在較低速度下減弱，從而導(dǎo)致惡劣的信噪比性能。 InstaSPIN-BLDC 不僅可以低速實(shí)現(xiàn)順暢運(yùn)轉(zhuǎn)，而且即便是在重負(fù)載下也能提供前所未有的可靠馬達(dá)啟動(dòng)。

　　InstaSPIN™-FOC（磁場(chǎng)導(dǎo)向控制法）技術(shù)使設(shè)計(jì)人員（甚至那些在馬達(dá)控制方面沒有什么經(jīng)驗(yàn)的人員）用數(shù)分鐘的時(shí)間即可識(shí)別、調(diào)校并完全控制任何類型的三相、變速、同步或異步無傳感器馬達(dá)控制系統(tǒng)。

　　這項(xiàng)新技術(shù)借助 TI 嵌入在 Piccolo 器件只讀存儲(chǔ)器 （ROM） 中的全新軟件編碼器（無傳感器觀測(cè)器）軟件算法 FAST™（通量、角度、速度和扭矩），讓系統(tǒng)不再需要機(jī)械馬達(dá)轉(zhuǎn)子傳感器，從而降低了系統(tǒng)成本并提高了操作性。 這提供了在所有變速和負(fù)載馬達(dá)應(yīng)用中提高馬達(dá)的效率、性能及可靠性的高質(zhì)量解決方案。

　　InstaSPIN-MOTION 由 LineStream Technologies 的 SpinTAC™ 提供支持。 SpinTAC™ 提供對(duì)系統(tǒng)不同的動(dòng)態(tài)速度和負(fù)載范圍均提供可靠的控制。 SpinTAC™ 通過用簡(jiǎn)單的單一參數(shù)調(diào)校取代調(diào)校困難的 PID 控制器，顯著減少了設(shè)置時(shí)間。 InstaSPIN-MOTION 十分適合于需要精確的速度控制和最小干擾的應(yīng)用，以及要進(jìn)行多狀態(tài)變換或動(dòng)態(tài)變化的應(yīng)用。

　　【系統(tǒng)方塊圖】

　　、

　　【應(yīng)用范圍】

　　TE 小家電馬達(dá)堵轉(zhuǎn)保護(hù)方案

　　這個(gè)方案是我最想與大家分享的，這個(gè)應(yīng)用在我們的日常家用中是最普及的。小家電中會(huì)使用到馬達(dá)的有豆?jié){機(jī)、食物料理機(jī)、榨汁機(jī)、攪拌機(jī)、絞肉機(jī)，打漿機(jī)，咖啡機(jī)等，馬達(dá)在這些小家電中是非常關(guān)鍵的設(shè)備，如何設(shè)計(jì)一個(gè)高可靠性的馬達(dá)系統(tǒng)是判斷這些小家電質(zhì)量的一個(gè)很重要的指標(biāo)，以下正是討論小家電中會(huì)經(jīng)常碰到的馬達(dá)堵轉(zhuǎn)的保護(hù)問題。

　　PPTC可以用在小家電的馬達(dá)堵轉(zhuǎn)保護(hù)中，對(duì)于多功能豆?jié){機(jī)等較為復(fù)雜的馬達(dá)堵轉(zhuǎn)保護(hù)，TE電路保護(hù)也針對(duì)此類問題，研發(fā)出LVR PPTC和功率電阻利用熱耦合集成在一起的組件，解決了原來PPTC在豆?jié){機(jī)等家用電器中直流馬達(dá)堵轉(zhuǎn)保護(hù)時(shí)間慢的問題，由此大聯(lián)大的技術(shù)人員將它引進(jìn)了解決方案，全新的方案由此誕生。

　　【產(chǎn)品組合圖片】

　　【產(chǎn)品圖片】

　　TE LVR系列PPTC產(chǎn)品介紹

　　下面的這些產(chǎn)品，是我在整個(gè)解決方案中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)比較特殊的部分，拿出來與大家分享下。提到馬達(dá)應(yīng)用，過流保護(hù)等一類保護(hù)組件一定必不可少，那么在這方面有什么推薦呢？在過流保護(hù)方面，泰科電子提供PolySwith自復(fù)式組件，在過壓保護(hù)方面，泰科電子提供GDT氣體放電管和PESD/SESD靜電保護(hù)組件，此外，泰科電子還提供綜合保護(hù)組件2Pro和Polyzen，MHP，RTP等眾多產(chǎn)品。

　　TE connectivity有眾多的PPTC型號(hào)可供用戶選擇，LVR系列可復(fù)位電路保護(hù)器件，是專門用于防止商用和家用電器中使用的馬達(dá)和變壓器因過載、過熱、堵轉(zhuǎn)、零線故障和其它潛在因素導(dǎo)致的損壞的器件，PPTC的初始小電阻值在馬達(dá)正常工作時(shí)不影響馬達(dá)的工作，當(dāng)PPTC在馬達(dá)過載或者堵轉(zhuǎn)的時(shí)候電阻迅速增加，以降低過載電流保護(hù)馬達(dá)，當(dāng)故障消除以后PPTC又可以恢復(fù)正常電阻讓馬達(dá)正常工作。TE connectivity LVR系列產(chǎn)品包括了多種額定值為120 VAC和240 VAC線電壓等級(jí)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品阻抗低、動(dòng)作時(shí)間快、體積小并具備可復(fù)位功能，有助于電路設(shè)計(jì)者推出安全和可靠性良好的產(chǎn)品，并且減少了保修期內(nèi)的修理費(fèi)用。

　　大聯(lián)大的人員介紹，與一次性使用的保險(xiǎn)絲不同，PPTC器件無需在發(fā)生故障后進(jìn)行更換。在過電流狀況排除以及供電斷開后，電路將恢復(fù)至正常的運(yùn)行條件。與雙金屬型斷路器產(chǎn)品相比，這種產(chǎn)品具有更高的靈活性、更長(zhǎng)的使用期限以及更低的電磁干擾（EMI）。

　　1. 我想向大家介紹下小家電馬達(dá)堵轉(zhuǎn)保護(hù)的一般設(shè)計(jì)流程，大家一定對(duì)這個(gè)會(huì)更感興趣。

　　下面先介紹一下在小家電馬達(dá)堵轉(zhuǎn)保護(hù)設(shè)計(jì)中PPTC選型的一般程序。

　　（1） 首先要確認(rèn)PPTC的阻值上限R1max。下圖1為PPTC阻值上限R1max的設(shè)計(jì)流程。

　　圖1 PPTC阻值上限R1max的計(jì)算流程

　　總之選擇PPTC 的R1max就是要保證PPTC在馬達(dá)工作在最高溫度以及最大運(yùn)行電流等最惡劣情況下不會(huì)誤動(dòng)作，那么在其它工作情況下PPTC肯定也不會(huì)誤動(dòng)作。

　　（2） 其次確認(rèn)PPTC的阻值下限Rmin。下圖2為PPTC阻值下限Rmin的設(shè)計(jì)流程。

　　圖2 PPTC阻值下限Rmin的計(jì)算流程

　　總之選擇PPTC 的Rmin就是要保證PPTC在馬達(dá)工作在最低溫度以及最小故障電流等最惡劣情況下的保護(hù)時(shí)間能滿足要求，那么在其它故障情況下PPTC肯定也會(huì)及時(shí)的保護(hù)。

　　（3） 最后確認(rèn)PPTC的物理參數(shù)，比如PPTC的封裝尺寸，PPTC是安裝在控制板上還是安裝在馬達(dá)內(nèi)等。

　　一般在小家電馬達(dá)保護(hù)中使用以上的設(shè)計(jì)流程就可以設(shè)計(jì)出PPTC的型號(hào)，當(dāng)然也有例外，多功能豆?jié){機(jī)的馬達(dá)保護(hù)既有一般小家電馬達(dá)堵轉(zhuǎn)保護(hù)的共性問題，也有它的特性，下面就用多功能豆?jié){機(jī)的馬達(dá)保護(hù)來闡述一下它的特殊解決方案。

　　2. 多功能豆?jié){機(jī)馬達(dá)堵轉(zhuǎn)保護(hù)實(shí)例介紹

　　多功能豆?jié){機(jī)功能強(qiáng)大，不但可以磨制豆?jié){，還可以制作果汁、果蔬濃湯、營(yíng)養(yǎng)米糊、五谷雜糧、玉米汁、綠豆汁等幾十個(gè)品種，既可制作熱飲同時(shí)又可制作冷飲。

　　一般多功能豆?jié){機(jī)是由電動(dòng)和電熱系統(tǒng)集成在一起的產(chǎn)品，整機(jī)程序由微電腦系統(tǒng)自動(dòng)控制，形成一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)。多功能豆?jié){機(jī)從結(jié)構(gòu)上分析，主要有機(jī)頭，機(jī)身，馬達(dá)，聯(lián)軸器，杯蓋，杯體，刀軸，控制電路板，液晶顯示屏等組成。豆?jié){機(jī)里有溫度傳感器，用于檢測(cè)加熱器加熱時(shí)杯體內(nèi)的水溫，當(dāng)水溫達(dá)到MCU設(shè)定溫度（假設(shè)80 ℃左右）時(shí)，MCU啟動(dòng)馬達(dá)開始磨制豆?jié){。一般多功能豆?jié){機(jī)的預(yù)熱、打漿、榨果汁等全自動(dòng)化過程，都是通過MCU控制，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)三極管，再由多個(gè)繼電器組成的繼電器組電路轉(zhuǎn)換來完成。其中馬達(dá)在多功能豆?jié){機(jī)中是一個(gè)非常重要的部件，它的使用安全問題直接影響到豆?jié){機(jī)的可靠性。

　　下圖3為多功能豆?jié){機(jī)馬達(dá)和加熱器的簡(jiǎn)單電路示意圖。豆?jié){機(jī)所用馬達(dá)為220V直流馬達(dá)，繼電器的工作電壓為12V，豆?jié){機(jī)利用繼電器把MCU發(fā)出的低壓控制信號(hào)I/O來控制交流高壓信號(hào)的通斷，R3為PPTC可恢復(fù)電阻，T1和T2為繼電器。

　　圖3 豆?jié){機(jī)馬達(dá)和加熱器的電路示意圖

　　由于在使用多功能豆?jié){機(jī)時(shí)，豆?jié){機(jī)往往在制作果汁的時(shí)候會(huì)發(fā)生堵轉(zhuǎn)，馬達(dá)的堵轉(zhuǎn)指的是杯體中的物品將馬達(dá)軸承固定不使其轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)電壓還加在馬達(dá)的兩端，這時(shí)候的電流就是堵轉(zhuǎn)電流，一般的馬達(dá)都是不允許發(fā)生堵轉(zhuǎn)的，因?yàn)轳R達(dá)發(fā)生堵轉(zhuǎn)之后馬達(dá)線圈的溫度會(huì)急劇上升，溫度超過線圈的最高溫度之后，時(shí)間稍長(zhǎng)就會(huì)燒壞馬達(dá)，這即增加了消費(fèi)者的不便，也增加了生產(chǎn)者的維修成本。所以在豆?jié){機(jī)中增加馬達(dá)保護(hù)裝置是必不可少的，而且是在堵轉(zhuǎn)消除后能自動(dòng)恢復(fù)的保護(hù)，因此我個(gè)人比較同意大聯(lián)大技術(shù)人員，選擇TE connectivity公司的可恢復(fù)PPTC是一個(gè)不錯(cuò)的解決方案。

　　用上文所述的PPTC設(shè)計(jì)流程可以用在多功能豆?jié){機(jī)馬達(dá)防堵保護(hù)設(shè)計(jì)中，但這是往往會(huì)碰到選擇PPTC型號(hào)困難的問題，也就是說多功能豆?jié){機(jī)的馬達(dá)保護(hù)設(shè)計(jì)會(huì)較普通的小家電馬達(dá)保護(hù)復(fù)雜的多，圖4為磨制豆?jié){時(shí)PCB板周圍環(huán)境溫度和馬達(dá)外殼溫度的實(shí)測(cè)圖，可見控制電路PCB板PPTC周圍的環(huán)境溫度最高可以到達(dá)85C。由于豆?jié){機(jī)的PPTC最高環(huán)境溫度85度會(huì)比普通的小家電最高環(huán)境溫度要求高，這樣既要在85度的最大工作電流下能正常工作，還要保證在最低溫度0度的堵轉(zhuǎn)電流情況下能及時(shí)的保護(hù)，相應(yīng)的就增大了設(shè)計(jì)難度。下面就具體的闡述此類多功能豆?jié){機(jī)馬達(dá)堵轉(zhuǎn)的保護(hù)設(shè)計(jì)方案。

　　圖4 磨制豆?jié){時(shí)PCB板子和馬達(dá)外殼的溫度

　　以磨制豆?jié){時(shí)的電流確定最大工作電流，根據(jù)該最大工作電流和最大環(huán)境溫度初步確定TE connectivity LVR系列PPTC的相關(guān)型號(hào)。圖5為多功能豆?jié){機(jī)磨制豆?jié){時(shí)的工作電流，測(cè)得多功能豆?jié){機(jī)的直流馬達(dá)的最大電流為800mA，由于磨制豆?jié){時(shí)馬達(dá)是間隔一定時(shí)間工作的，并不是一直連續(xù)工作的，間隔時(shí)間由豆?jié){機(jī)MCU計(jì)時(shí)電路控制，所以計(jì)算PPTC要能維持的最大工作電流指的是馬達(dá)工作整個(gè)周期的平均電流，圖中所示的800mA的最大電流換算成在一個(gè)完整工作周期內(nèi)為450mA。查閱LVR100在85度下的hold電流大約是550mA，所以首先選取LVR100。

　　圖5 多功能豆?jié){機(jī)磨制豆?jié){時(shí)的工作電流

　　圖6為多功能豆?jié){機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流。在榨水果的堵轉(zhuǎn)情況下，實(shí)測(cè)馬達(dá)的堵轉(zhuǎn)最大電流為2A，由于榨果汁時(shí)馬達(dá)也不是一直連續(xù)工作的，也是間隔一定時(shí)間工作，間隔時(shí)間是馬達(dá)工作6S，停3S，這樣換算成在一個(gè)榨水果完整工作周期內(nèi)平均電流是1.6~1.7A。在1.6~1.7A堵轉(zhuǎn)電流下，馬達(dá)堵轉(zhuǎn)需要保護(hù)的時(shí)間要求在150S內(nèi)。

　　圖6 多功能豆?jié){機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流

　　從上述數(shù)據(jù)看到豆?jié){機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流僅僅只是正常工作時(shí)電流的3倍，還要考慮85度的最高溫度和0度的最低溫度的情況，磨制豆?jié){的時(shí)間較長(zhǎng)，要在比如半小時(shí)之內(nèi)能維持馬達(dá)的正常工作，這樣造成馬達(dá)保護(hù)的設(shè)計(jì)很復(fù)雜，因?yàn)楹茈y滿足PPTC動(dòng)作時(shí)間快的要求，因?yàn)楫?dāng)堵轉(zhuǎn)電流和正常工作時(shí)電流的比值越大， PPTC保護(hù)的時(shí)間越快，PPTC的選型也越容易。現(xiàn)在在0C溫度下1.6~1.7A的堵轉(zhuǎn)電流下，LVR100的保護(hù)時(shí)間會(huì)非常長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足在0C溫度下150S保護(hù)時(shí)間的要求。

　　那如何實(shí)現(xiàn)上述多功能豆?jié){機(jī)馬達(dá)保護(hù)的問題呢？TE connectivity公司研發(fā)出一種用LVR PPTC和功率電阻利用熱耦合的方式連接在一起的組件來實(shí)現(xiàn)多功能豆?jié){機(jī)馬達(dá)的快速堵轉(zhuǎn)保護(hù)。本實(shí)例中采用LVR100和1ohm/3W的功率電阻熱耦合的組件，讓功率電阻和LVR100能很好的熱接觸，目的就是為了使功率電阻能在堵轉(zhuǎn)的時(shí)候加熱LVR100使其更快的保護(hù)，選取1ohm的功率電阻是為了減小對(duì)直流馬達(dá)的影響。

　　首先選取LVR100的Rmin電阻和1ohm/3W的功率電阻熱耦合的組件來進(jìn)行0C溫度下榨水果馬達(dá)堵轉(zhuǎn)保護(hù)時(shí)間。

　　選取兩片Rmin電阻0.22ohm 的LVR100和功率電阻集成的組件，下面表1為馬達(dá)的保護(hù)時(shí)間。

　　表1 Rmin電阻的LVR100和功率電阻集成的組件在0C下馬達(dá)保護(hù)時(shí)間

　　由上表可見保護(hù)時(shí)間都在150S之內(nèi)，滿足要求。

　　其次選取典型值電阻的LVR100和功率電阻集成的組件，來進(jìn)行0C/25C溫度下榨水果馬達(dá)堵轉(zhuǎn)保護(hù)時(shí)間，下表2為馬達(dá)的保護(hù)時(shí)間。

　　表2 典型值電阻的LVR100和功率電阻集成的組件在0C/25C下馬達(dá)保護(hù)時(shí)間

　　可見LVR100的典型值組件在0C/25C溫度下馬達(dá)保護(hù)時(shí)間還會(huì)更快，完全滿足小于150S的馬達(dá)保護(hù)要求。圖7為在25度下馬達(dá)堵轉(zhuǎn)保護(hù)的實(shí)測(cè)波形。

　　圖7 PPTC組件在多功能豆?jié){機(jī)馬達(dá)堵轉(zhuǎn)保護(hù)波形

　　然后選取R1max電阻0.58ohm 的LVR100和功率電阻集成的組件來進(jìn)行磨制豆?jié){的hold試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明組件能在一次完整的磨制豆?jié){過程中不誤動(dòng)作。

　　由以上的試驗(yàn)證明，TE connectivity公司研發(fā)出的LVR PPTC和功率電阻集成在一起的組件既可以滿足馬達(dá)的保護(hù)時(shí)間的要求，又可以在一次完整的磨制豆?jié){的周期內(nèi)不誤動(dòng)作，達(dá)到了設(shè)計(jì)和保護(hù)要求。

　　PPTC可以用在小家電的馬達(dá)堵轉(zhuǎn)保護(hù)中，對(duì)于多功能豆?jié){機(jī)等較為復(fù)雜的馬達(dá)堵轉(zhuǎn)保護(hù)，TE connectivity也針對(duì)此類問題，研發(fā)出LVR PPTC和功率電阻利用熱耦合集成在一起的組件，解決了原來PPTC在豆?jié){機(jī)等家用電器中直流馬達(dá)堵轉(zhuǎn)保護(hù)時(shí)間慢的問題，為客戶解決此類問題提供了一種全新的方案。