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模型展會(huì)如何經(jīng)濟(jì)高效地過(guò)渡到您的應(yīng)用的BLDC無(wú)刷直流電機(jī)
文章出處：x-teamrc.cn? ?人氣：? ?發(fā)表時(shí)間：2018-11-12 23:07
半導(dǎo)體集成的各種選擇為基于同步電機(jī)的分布式智能小型驅(qū)動(dòng)解決方案開(kāi)辟了越來(lái)越多的應(yīng)用。這些包括無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC），永磁同步電機(jī)（PMSM）和步進(jìn)電機(jī)。由于它們的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和提高的效率，這些類型的電動(dòng)機(jī)正在許多現(xiàn)有應(yīng)用中取代刷式電動(dòng)機(jī)。汽車就是一個(gè)很好的例子。
通常，汽車部件必須支持低系統(tǒng)成本，小巧，輕便和可靠，并且顯示出高效率。減少?gòu)U氣排放和降低燃料消耗也很重要。對(duì)與各種電機(jī)配合使用的驅(qū)動(dòng)概念的需求，以及對(duì)效率，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)的極端要求對(duì)執(zhí)行器電子元件產(chǎn)生了重大影響。
? 他BLDC電機(jī)市場(chǎng)
美國(guó)有很多BLDC制造商。大多數(shù)公司仍然專注于電刷技術(shù)，如刷式直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)等。但其中許多公司正在建立BLDC電機(jī)作為新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。即使有許多BLDC電機(jī)制造商，特別是小型BLDC電機(jī)，市場(chǎng)上也沒(méi)有那么多的集成控制電子解決方案。能夠制造內(nèi)置集成智能電子設(shè)備的BLDC電機(jī)以及低成本方法的公司仍然不容易找到。
BLDC電機(jī)技術(shù)的采用水平正在提高。許多汽車功能，如燃油或水泵，HVAC（暖通空調(diào)和空調(diào)），曲線燈，前照燈調(diào)平等等，都從刷式直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)锽LDC電機(jī)技術(shù)。是的，這并不能說(shuō)明所有有刷直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)都會(huì)轉(zhuǎn)換為BLDC電機(jī)技術(shù)。但是，與電機(jī)本身的價(jià)格相比，控制電機(jī)的電子設(shè)備太昂貴的主要論點(diǎn)每天變得越來(lái)越不合理。此外，BLDC電機(jī)的優(yōu)勢(shì)可以顯著增強(qiáng)其他系統(tǒng)屬性（參見(jiàn)表1）。因此可以預(yù)見(jiàn)到智能運(yùn)動(dòng)控制的演變。
無(wú)刷直流電機(jī)的優(yōu)勢(shì)
與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的電機(jī)技術(shù)相比，BLDC電機(jī)具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，如表1所示。
? 能夠1 ：的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)
P 從電刷式直流電動(dòng)機(jī)向BLDC電機(jī)的過(guò)渡roblems？
在研究包括有刷式直流電機(jī)（BDC）的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，很明顯，與BLDC電機(jī)相比，控制不那么復(fù)雜。簡(jiǎn)而言之：您只需向電機(jī)施加電壓即可開(kāi)始移動(dòng)。在BLDC電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面經(jīng)驗(yàn)不足的工程師經(jīng)常擔(dān)心，即使他們了解優(yōu)勢(shì)，他們也很難轉(zhuǎn)換為BLDC電機(jī)技術(shù)。復(fù)雜的電子設(shè)備和這種系統(tǒng)的編程被認(rèn)為是一個(gè)障礙。此外，由于電子換向而導(dǎo)致的較高系統(tǒng)成本通常被視為一種顯示器。
但是，從BDC到BLDC的過(guò)渡并不一定困難。通過(guò)使用Micronas HVC 4223F單芯片解決方案，電子電路可以非常簡(jiǎn)單。
在下面的示例中，解決方案是一個(gè)僅需要13個(gè)組件的解決方案，包括HVC 4223F本身。例如，如果系統(tǒng)已經(jīng)包含PCB，則對(duì)BOM的影響是適中的。在許多情況下，由于更高的效率，可以使用更小的電動(dòng)機(jī)。執(zhí)行器也可以更小，進(jìn)一步降低材料成本（電機(jī)，外殼，齒輪等）。此外，帶有HVC 4223F的BLDC控制系統(tǒng)可以通過(guò)外部行為類似BDC電機(jī)的方式進(jìn)行編程，僅包含VBAT和接地電源作為連接。因此，可以在不改變整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的情況下升級(jí)現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，系統(tǒng)可以得到改進(jìn)，例如使用網(wǎng)絡(luò)和/或診斷功能等。
單芯片架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)最大程度的系統(tǒng)集成和靈活的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
新的Micronas高壓控制器（HVC）允許具有高度集成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代永磁勵(lì)磁直流電機(jī)的性能潛力。HVC 4223F是一個(gè)集成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有所有必要的外圍模塊，可直接驅(qū)動(dòng)PMSM / BLDC電機(jī)和雙極步進(jìn)電機(jī)。外圍模塊和用戶定義軟件的編程能力允許最佳地適應(yīng)不同驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的屬性和屬性。
通過(guò)PMSM / BLDC電機(jī)的低功率/重量比（W / kg）實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)解決方案中集成密度的增加會(huì)影響功耗（功率/熱管理），驅(qū)動(dòng)電路的靈活性和所選驅(qū)動(dòng)器，以及診斷的選項(xiàng)。電子器件的高集成密度需要通過(guò)目標(biāo)指定的電源管理來(lái)調(diào)整熱操作條件。新的HVC系列提供了許多功能，可以精確地進(jìn)行這種調(diào)整。
甲djusted馬達(dá)激活用于不同應(yīng)用和工作模式
在汽車執(zhí)行器中使用不同的驅(qū)動(dòng)概念需要容易地調(diào)整電動(dòng)機(jī)電橋和如何激活電橋。HVC 4223F通過(guò)可配置的最終輸出級(jí)，完全集成的可編程外設(shè)模塊和功能強(qiáng)大的ARMCortex®-M3®內(nèi)核精確解決了這一問(wèn)題。集成了六個(gè)n / n半橋（包括充電泵）。這些可以通過(guò)輸出引腳的適當(dāng)接線電路和軟件配置適應(yīng)電機(jī)類型。
EPWM模塊（增強(qiáng)型脈沖寬度調(diào)制）支持不同工作模式和電機(jī)類型的無(wú)源和有源續(xù)流電流模式（“異步/同步整流”）（見(jiàn)表2）。集成電流測(cè)量和D / A轉(zhuǎn)換器允許編程標(biāo)稱電流值（例如，用于電流控制的微步進(jìn)）。在PMSM / BLDC電機(jī)中，不使用傳感器，轉(zhuǎn)子位置的反饋信號(hào)可以通過(guò)比較器和集成的星點(diǎn)參考，或者通過(guò)霍爾效應(yīng)傳感器/編碼器發(fā)送。而且，可以選擇步進(jìn)電機(jī)的換向操作模式，例如用于實(shí)現(xiàn)更高的旋轉(zhuǎn)速度。使步進(jìn)電機(jī)適應(yīng)不同的操作模式（全步/半步，波驅(qū)，微步，
表2 ：使用新HVC概述電機(jī)類型和操作模式
使用ARM Cortex-M3 CPU可以快速執(zhí)行速度和電流控制算法 - 由高速A / D轉(zhuǎn)換器和可調(diào)節(jié)信號(hào)路徑支持，用于電壓和電流測(cè)量。輸出級(jí)包括過(guò)載保護(hù)（過(guò)壓/過(guò)流）和診斷功能。用于電機(jī)激活的集成外圍模塊（EPWM，比較器，星點(diǎn)參考，D / A轉(zhuǎn)換器，診斷和過(guò)壓/過(guò)電流保護(hù)，溫度監(jiān)控）可針對(duì)表中列出的操作模式進(jìn)行編程。
使用ARM Cortex-M3 CPU的高效系統(tǒng)
CPU和閃存通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)極高的系統(tǒng)靈活性，例如用于轉(zhuǎn)速和電流控制的實(shí)時(shí)要求，分布式執(zhí)行器系統(tǒng)（例如LIN集群）中的通信和診斷功能。主振蕩器已經(jīng)集成?？梢越档虲PU周期以降低功耗或功耗，而不會(huì)影響外設(shè)功能。為減少電磁輻射，還包括EMI降低模塊（ERM）。所有外圍模塊都可以通過(guò)AHB / APB總線系統(tǒng)進(jìn)行編程，并且可以根據(jù)系統(tǒng)要求進(jìn)行調(diào)整。集成的NVRAM允許存儲(chǔ)診斷和應(yīng)用程序數(shù)據(jù)。
對(duì)于電源，HVC系列直接通過(guò)12伏車載電氣系統(tǒng)供電，并符合ISO 7337測(cè)試脈沖。啟動(dòng) - 停止系統(tǒng)由特殊的“保留模式”支持。與傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器相比，集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器（降壓轉(zhuǎn)換器）可最大限度地降低功耗。節(jié)能模式提供低功耗，例如用于K1.30應(yīng)用。外部負(fù)載（例如霍爾傳感器）可通過(guò)可編程高側(cè)開(kāi)關(guān)提供。
對(duì)于分布式小型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（例如HVAC系統(tǒng)）中的通信，LIN-UART和LIN物理層集成在HVC中。此外，第二個(gè)LIN引腳可用于LIN集群，具有自動(dòng)尋址功能，，例如HVAC閥門應(yīng)用。所描述的系統(tǒng)集成和網(wǎng)絡(luò)能力是進(jìn)一步小型化和微型電動(dòng)機(jī)小型化和集成的重要一步。
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性受所用驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的影響。新型HVC的結(jié)構(gòu)包括廣泛的診斷和保護(hù)功能，SPFM大于60％（“ASIL就緒”）。這對(duì)于在系統(tǒng)級(jí)別根據(jù)ISO 26262進(jìn)行分解很重要，也就是說(shuō)，對(duì)于單個(gè)和獨(dú)立系統(tǒng)元件的安全和安全要求的分配，并且可以在系統(tǒng)，硬件和軟件級(jí)別執(zhí)行。
由于組件數(shù)量減少，高系統(tǒng)集成對(duì)所需的系統(tǒng)FIT（FIT =時(shí)間故障）率具有積極影響。
靈活診斷的一個(gè)很好的例子是在軟件中實(shí)施“熱管理”。
圖1 ：BLDC電機(jī)中的電子集成
通過(guò)評(píng)估電流和溫度，可以采取措施來(lái)適應(yīng)運(yùn)行曲線，例如減少CPU周期，限制電機(jī)電流，調(diào)整電機(jī)橋中的續(xù)流電流模式等。
新型HVC 4223F采用小型40引腳QFN 6x6 mm封裝，非常適合小型化和電子元件集成到電機(jī)或執(zhí)行器中。此外，“裸露焊盤”（ePAD）可確保良好的熱連接。結(jié)溫范圍為-40°C至+ 150°C，集成的過(guò)溫監(jiān)控功能可用于溫度關(guān)鍵應(yīng)用。
BLDC電機(jī)定位執(zhí)行器的應(yīng)用實(shí)例
用于定位應(yīng)用的機(jī)械致動(dòng)器通常必須提供高扭矩（例如，在閥門，襟翼等中）。通常，齒輪用于在負(fù)載下獲得低轉(zhuǎn)速，由于摩擦而引入相當(dāng)大的損失。在許多情況下，執(zhí)行器必須施加穩(wěn)定的保持扭矩，并且執(zhí)行器不應(yīng)失去其最后位置以避免校準(zhǔn)運(yùn)行。由于重量減輕和空間限制，電機(jī)和電子幾何結(jié)構(gòu)起著重要作用。該示例描述了單芯片電機(jī)執(zhí)行器的解決方案，HVC 4223F通過(guò)LIN通信接口驅(qū)動(dòng)無(wú)傳感器六步換向的BLDC電機(jī)。圖2顯示了通過(guò)HVC 4223F單芯片解決方案集成完整電子元件的閥門執(zhí)行器的原理系統(tǒng)。
表3 ：使用HVC 4223F概述所使用的外圍功能
硬件 - 軟件交互和電路解決方案
硬件和軟件在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)的有效交互取決于可用芯片外圍設(shè)備的特定功能的分布。表3總結(jié)了圖2中系統(tǒng)的可能方法，該方法采用無(wú)傳感器六步換向，包括轉(zhuǎn)速和電流控制，診斷和通信堆棧功能。軟件架構(gòu)可以是例如具有中斷的簡(jiǎn)單循環(huán)。
圖2 ：使用BLDC電機(jī)的示例系統(tǒng)
該系統(tǒng)的基本電路解決方案如圖3所示。電機(jī)的外部元件數(shù)量可減少到最少12個(gè)元件（參見(jiàn)圖3中的表格）。在特殊系統(tǒng)ESD和/或EMC要求的情況下，可能需要一些額外的組件，如鐵氧體磁珠等，例如在DC電源鏈路或LIN信號(hào)路徑中。
圖3：原理電路解決方案
結(jié)論
由于電子設(shè)備成本下降，使用BLDC電機(jī)技術(shù)的小型電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案的數(shù)量將增加。Micronas高度集成的單芯片HVC 4223F解決方案是該開(kāi)發(fā)的推動(dòng)者。
電機(jī)的多樣性和功能將增加，包括智能驅(qū)動(dòng)器之間的聯(lián)網(wǎng)。此外，必須滿足更輕的重量，更小的尺寸，更高的功率密度和更低的成本的要求。使用過(guò)的電機(jī)需要體積小，重量輕，用于分布式LIN總線網(wǎng)絡(luò)。
由于可以使用單芯片解決方案開(kāi)發(fā)微型電機(jī)的完整平臺(tái)，因此可以縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。通過(guò)調(diào)整軟件可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同電機(jī)類型和屬性的調(diào)整。今天的刷式直流電機(jī)解決方案可以通過(guò)BLDC電機(jī)系統(tǒng)1：1更換，在外部看起來(lái)像傳統(tǒng)電機(jī)，但內(nèi)部提供實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)動(dòng)控制所需的所有優(yōu)勢(shì)。
自我診斷和功能安全越來(lái)越重要。具有“集成智能”的驅(qū)動(dòng)器通過(guò)電子設(shè)備可以提供此診斷功能。例如，電機(jī)的屬性可能會(huì)隨著使用壽命而改變。這些效果可以通過(guò)電子設(shè)備跟蹤和存儲(chǔ)，并在一定程度上進(jìn)行調(diào)整。
調(diào)整軟件可以解決大量功能和應(yīng)用程序。客戶只需一種 類型的控制器即可有效地配備完整的執(zhí)行器平臺(tái) 。少量的分立元件和高集成度提供了高度的小型化，并且具有經(jīng)濟(jì)的解決方案，具有現(xiàn)代類型電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和益處。硬件和軟件的高度可重用性允許快速響應(yīng)客戶需求的變化。
通常，汽車部件必須支持低系統(tǒng)成本，小巧，輕便和可靠，并且顯示出高效率。減少?gòu)U氣排放和降低燃料消耗也很重要。對(duì)與各種電機(jī)配合使用的驅(qū)動(dòng)概念的需求，以及對(duì)效率，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)的極端要求對(duì)執(zhí)行器電子元件產(chǎn)生了重大影響。
? 他BLDC電機(jī)市場(chǎng)
美國(guó)有很多BLDC制造商。大多數(shù)公司仍然專注于電刷技術(shù)，如刷式直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)等。但其中許多公司正在建立BLDC電機(jī)作為新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。即使有許多BLDC電機(jī)制造商，特別是小型BLDC電機(jī)，市場(chǎng)上也沒(méi)有那么多的集成控制電子解決方案。能夠制造內(nèi)置集成智能電子設(shè)備的BLDC電機(jī)以及低成本方法的公司仍然不容易找到。
BLDC電機(jī)技術(shù)的采用水平正在提高。許多汽車功能，如燃油或水泵，HVAC（暖通空調(diào)和空調(diào)），曲線燈，前照燈調(diào)平等等，都從刷式直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)锽LDC電機(jī)技術(shù)。是的，這并不能說(shuō)明所有有刷直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)都會(huì)轉(zhuǎn)換為BLDC電機(jī)技術(shù)。但是，與電機(jī)本身的價(jià)格相比，控制電機(jī)的電子設(shè)備太昂貴的主要論點(diǎn)每天變得越來(lái)越不合理。此外，BLDC電機(jī)的優(yōu)勢(shì)可以顯著增強(qiáng)其他系統(tǒng)屬性（參見(jiàn)表1）。因此可以預(yù)見(jiàn)到智能運(yùn)動(dòng)控制的演變。
無(wú)刷直流電機(jī)的優(yōu)勢(shì)
與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的電機(jī)技術(shù)相比，BLDC電機(jī)具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，如表1所示。
? 能夠1 ：的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)
P 從電刷式直流電動(dòng)機(jī)向BLDC電機(jī)的過(guò)渡roblems？在研究包括有刷式直流電機(jī)（BDC）的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，很明顯，與BLDC電機(jī)相比，控制不那么復(fù)雜。簡(jiǎn)而言之：您只需向電機(jī)施加電壓即可開(kāi)始移動(dòng)。在BLDC電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面經(jīng)驗(yàn)不足的工程師經(jīng)常擔(dān)心，即使他們了解優(yōu)勢(shì)，他們也很難轉(zhuǎn)換為BLDC電機(jī)技術(shù)。復(fù)雜的電子設(shè)備和這種系統(tǒng)的編程被認(rèn)為是一個(gè)障礙。此外，由于電子換向而導(dǎo)致的較高系統(tǒng)成本通常被視為一種顯示器。
但是，從BDC到BLDC的過(guò)渡并不一定困難。通過(guò)使用Micronas HVC 4223F單芯片解決方案，電子電路可以非常簡(jiǎn)單。
在下面的示例中，解決方案是一個(gè)僅需要13個(gè)組件的解決方案，包括HVC 4223F本身。例如，如果系統(tǒng)已經(jīng)包含PCB，則對(duì)BOM的影響是適中的。在許多情況下，由于更高的效率，可以使用更小的電動(dòng)機(jī)。執(zhí)行器也可以更小，進(jìn)一步降低材料成本（電機(jī)，外殼，齒輪等）。此外，帶有HVC 4223F的BLDC控制系統(tǒng)可以通過(guò)外部行為類似BDC電機(jī)的方式進(jìn)行編程，僅包含VBAT和接地電源作為連接。因此，可以在不改變整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的情況下升級(jí)現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，系統(tǒng)可以得到改進(jìn)，例如使用網(wǎng)絡(luò)和/或診斷功能等。
單芯片架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)最大程度的系統(tǒng)集成和靈活的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
新的Micronas高壓控制器（HVC）允許具有高度集成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代永磁勵(lì)磁直流電機(jī)的性能潛力。HVC 4223F是一個(gè)集成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有所有必要的外圍模塊，可直接驅(qū)動(dòng)PMSM / BLDC電機(jī)和雙極步進(jìn)電機(jī)。外圍模塊和用戶定義軟件的編程能力允許最佳地適應(yīng)不同驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的屬性和屬性。
通過(guò)PMSM / BLDC電機(jī)的低功率/重量比（W / kg）實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)解決方案中集成密度的增加會(huì)影響功耗（功率/熱管理），驅(qū)動(dòng)電路的靈活性和所選驅(qū)動(dòng)器，以及診斷的選項(xiàng)。電子器件的高集成密度需要通過(guò)目標(biāo)指定的電源管理來(lái)調(diào)整熱操作條件。新的HVC系列提供了許多功能，可以精確地進(jìn)行這種調(diào)整。
甲djusted馬達(dá)激活用于不同應(yīng)用和工作模式
在汽車執(zhí)行器中使用不同的驅(qū)動(dòng)概念需要容易地調(diào)整電動(dòng)機(jī)電橋和如何激活電橋。HVC 4223F通過(guò)可配置的最終輸出級(jí)，完全集成的可編程外設(shè)模塊和功能強(qiáng)大的ARMCortex®-M3®內(nèi)核精確解決了這一問(wèn)題。集成了六個(gè)n / n半橋（包括充電泵）。這些可以通過(guò)輸出引腳的適當(dāng)接線電路和軟件配置適應(yīng)電機(jī)類型。
EPWM模塊（增強(qiáng)型脈沖寬度調(diào)制）支持不同工作模式和電機(jī)類型的無(wú)源和有源續(xù)流電流模式（“異步/同步整流”）（見(jiàn)表2）。集成電流測(cè)量和D / A轉(zhuǎn)換器允許編程標(biāo)稱電流值（例如，用于電流控制的微步進(jìn)）。在PMSM / BLDC電機(jī)中，不使用傳感器，轉(zhuǎn)子位置的反饋信號(hào)可以通過(guò)比較器和集成的星點(diǎn)參考，或者通過(guò)霍爾效應(yīng)傳感器/編碼器發(fā)送。而且，可以選擇步進(jìn)電機(jī)的換向操作模式，例如用于實(shí)現(xiàn)更高的旋轉(zhuǎn)速度。使步進(jìn)電機(jī)適應(yīng)不同的操作模式（全步/半步，波驅(qū)，微步，
表2 ：使用新HVC概述電機(jī)類型和操作模式
使用ARM Cortex-M3 CPU可以快速執(zhí)行速度和電流控制算法 - 由高速A / D轉(zhuǎn)換器和可調(diào)節(jié)信號(hào)路徑支持，用于電壓和電流測(cè)量。輸出級(jí)包括過(guò)載保護(hù)（過(guò)壓/過(guò)流）和診斷功能。用于電機(jī)激活的集成外圍模塊（EPWM，比較器，星點(diǎn)參考，D / A轉(zhuǎn)換器，診斷和過(guò)壓/過(guò)電流保護(hù)，溫度監(jiān)控）可針對(duì)表中列出的操作模式進(jìn)行編程。
使用ARM Cortex-M3 CPU的高效系統(tǒng)
CPU和閃存通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)極高的系統(tǒng)靈活性，例如用于轉(zhuǎn)速和電流控制的實(shí)時(shí)要求，分布式執(zhí)行器系統(tǒng)（例如LIN集群）中的通信和診斷功能。主振蕩器已經(jīng)集成?？梢越档虲PU周期以降低功耗或功耗，而不會(huì)影響外設(shè)功能。為減少電磁輻射，還包括EMI降低模塊（ERM）。所有外圍模塊都可以通過(guò)AHB / APB總線系統(tǒng)進(jìn)行編程，并且可以根據(jù)系統(tǒng)要求進(jìn)行調(diào)整。集成的NVRAM允許存儲(chǔ)診斷和應(yīng)用程序數(shù)據(jù)。
對(duì)于電源，HVC系列直接通過(guò)12伏車載電氣系統(tǒng)供電，并符合ISO 7337測(cè)試脈沖。啟動(dòng) - 停止系統(tǒng)由特殊的“保留模式”支持。與傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器相比，集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器（降壓轉(zhuǎn)換器）可最大限度地降低功耗。節(jié)能模式提供低功耗，例如用于K1.30應(yīng)用。外部負(fù)載（例如霍爾傳感器）可通過(guò)可編程高側(cè)開(kāi)關(guān)提供。
對(duì)于分布式小型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（例如HVAC系統(tǒng)）中的通信，LIN-UART和LIN物理層集成在HVC中。此外，第二個(gè)LIN引腳可用于LIN集群，具有自動(dòng)尋址功能，，例如HVAC閥門應(yīng)用。所描述的系統(tǒng)集成和網(wǎng)絡(luò)能力是進(jìn)一步小型化和微型電動(dòng)機(jī)小型化和集成的重要一步。
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性受所用驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的影響。新型HVC的結(jié)構(gòu)包括廣泛的診斷和保護(hù)功能，SPFM大于60％（“ASIL就緒”）。這對(duì)于在系統(tǒng)級(jí)別根據(jù)ISO 26262進(jìn)行分解很重要，也就是說(shuō)，對(duì)于單個(gè)和獨(dú)立系統(tǒng)元件的安全和安全要求的分配，并且可以在系統(tǒng)，硬件和軟件級(jí)別執(zhí)行。
由于組件數(shù)量減少，高系統(tǒng)集成對(duì)所需的系統(tǒng)FIT（FIT =時(shí)間故障）率具有積極影響。
靈活診斷的一個(gè)很好的例子是在軟件中實(shí)施“熱管理”。
圖1 ：BLDC電機(jī)中的電子集成通過(guò)評(píng)估電流和溫度，可以采取措施來(lái)適應(yīng)運(yùn)行曲線，例如減少CPU周期，限制電機(jī)電流，調(diào)整電機(jī)橋中的續(xù)流電流模式等。
新型HVC 4223F采用小型40引腳QFN 6x6 mm封裝，非常適合小型化和電子元件集成到電機(jī)或執(zhí)行器中。此外，“裸露焊盤”（ePAD）可確保良好的熱連接。結(jié)溫范圍為-40°C至+ 150°C，集成的過(guò)溫監(jiān)控功能可用于溫度關(guān)鍵應(yīng)用。
BLDC電機(jī)定位執(zhí)行器的應(yīng)用實(shí)例
用于定位應(yīng)用的機(jī)械致動(dòng)器通常必須提供高扭矩（例如，在閥門，襟翼等中）。通常，齒輪用于在負(fù)載下獲得低轉(zhuǎn)速，由于摩擦而引入相當(dāng)大的損失。在許多情況下，執(zhí)行器必須施加穩(wěn)定的保持扭矩，并且執(zhí)行器不應(yīng)失去其最后位置以避免校準(zhǔn)運(yùn)行。由于重量減輕和空間限制，電機(jī)和電子幾何結(jié)構(gòu)起著重要作用。該示例描述了單芯片電機(jī)執(zhí)行器的解決方案，HVC 4223F通過(guò)LIN通信接口驅(qū)動(dòng)無(wú)傳感器六步換向的BLDC電機(jī)。圖2顯示了通過(guò)HVC 4223F單芯片解決方案集成完整電子元件的閥門執(zhí)行器的原理系統(tǒng)。
表3 ：使用HVC 4223F概述所使用的外圍功能
硬件 - 軟件交互和電路解決方案
硬件和軟件在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)的有效交互取決于可用芯片外圍設(shè)備的特定功能的分布。表3總結(jié)了圖2中系統(tǒng)的可能方法，該方法采用無(wú)傳感器六步換向，包括轉(zhuǎn)速和電流控制，診斷和通信堆棧功能。軟件架構(gòu)可以是例如具有中斷的簡(jiǎn)單循環(huán)。
圖2 ：使用BLDC電機(jī)的示例系統(tǒng)
該系統(tǒng)的基本電路解決方案如圖3所示。電機(jī)的外部元件數(shù)量可減少到最少12個(gè)元件（參見(jiàn)圖3中的表格）。在特殊系統(tǒng)ESD和/或EMC要求的情況下，可能需要一些額外的組件，如鐵氧體磁珠等，例如在DC電源鏈路或LIN信號(hào)路徑中。
圖3：原理電路解決方案
結(jié)論
由于電子設(shè)備成本下降，使用BLDC電機(jī)技術(shù)的小型電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案的數(shù)量將增加。Micronas高度集成的單芯片HVC 4223F解決方案是該開(kāi)發(fā)的推動(dòng)者。
電機(jī)的多樣性和功能將增加，包括智能驅(qū)動(dòng)器之間的聯(lián)網(wǎng)。此外，必須滿足更輕的重量，更小的尺寸，更高的功率密度和更低的成本的要求。使用過(guò)的電機(jī)需要體積小，重量輕，用于分布式LIN總線網(wǎng)絡(luò)。
由于可以使用單芯片解決方案開(kāi)發(fā)微型電機(jī)的完整平臺(tái)，因此可以縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。通過(guò)調(diào)整軟件可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同電機(jī)類型和屬性的調(diào)整。今天的刷式直流電機(jī)解決方案可以通過(guò)BLDC電機(jī)系統(tǒng)1：1更換，在外部看起來(lái)像傳統(tǒng)電機(jī)，但內(nèi)部提供實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)動(dòng)控制所需的所有優(yōu)勢(shì)。
自我診斷和功能安全越來(lái)越重要。具有“集成智能”的驅(qū)動(dòng)器通過(guò)電子設(shè)備可以提供此診斷功能。例如，電機(jī)的屬性可能會(huì)隨著使用壽命而改變。這些效果可以通過(guò)電子設(shè)備跟蹤和存儲(chǔ)，并在一定程度上進(jìn)行調(diào)整。
調(diào)整軟件可以解決大量功能和應(yīng)用程序。客戶只需一種 類型的控制器即可有效地配備完整的執(zhí)行器平臺(tái) 。少量的分立元件和高集成度提供了高度的小型化，并且具有經(jīng)濟(jì)的解決方案，具有現(xiàn)代類型電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和益處。硬件和軟件的高度可重用性允許快速響應(yīng)客戶需求的變化。
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半導(dǎo)體集成的各種選擇為基于同步電機(jī)的分布式智能小型驅(qū)動(dòng)解決方案開(kāi)辟了越來(lái)越多的應(yīng)用。這些包括 無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC） ， 永磁同步電機(jī)（PMSM） 和步進(jìn)電機(jī)。由于它們的技術(shù)優(yōu)