【導(dǎo)讀】機(jī)器人必需裝配多個(gè)電機(jī)，才能夠用于移動(dòng)機(jī)器人主體或是機(jī)器人的手臂、四肢，其中又以使用無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）為主流，為了高效的驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電機(jī)，便得選擇合適的無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。本文將為您介紹無(wú)刷電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器的特性與選擇要點(diǎn)，以及由安森美（onsemi）推出的無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的產(chǎn)品特性。
比有刷電機(jī)更加高效的無(wú)刷電機(jī)
無(wú)刷電機(jī)和有刷電機(jī)是兩種不同的電機(jī)類型，它們的主要區(qū)別在于其內(nèi)部的電刷結(jié)構(gòu)是否存在。有刷電機(jī)內(nèi)部有一對(duì)電刷與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子接觸，通過電刷將電能傳遞給轉(zhuǎn)子，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。而無(wú)刷電機(jī)則不需要電刷，通過內(nèi)部的電子控制器（如晶體管）控制電流方向，直接向轉(zhuǎn)子中的磁鐵施加電磁力，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
由于無(wú)刷電機(jī)沒有電刷，因此可以在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)減少摩擦和磨損，因此通常比有刷電機(jī)更有效率。此外，無(wú)刷電機(jī)還可以更精確地控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，因此更加適合需要高精度運(yùn)動(dòng)控制的應(yīng)用。
另外，由于有刷電機(jī)的電刷部分容易磨損，需要定期更換，因此需要更多的維護(hù)工作。無(wú)刷電機(jī)則不需要這些維護(hù)工作，因此更加方便使用。不過，在通常情況下，無(wú)刷電機(jī)比有刷電機(jī)成本更高，但隨著無(wú)刷電機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，無(wú)刷電機(jī)的成本已經(jīng)越來(lái)越接近有刷電機(jī)。
由于無(wú)刷電機(jī)使用的是電子控制器來(lái)管理磁場(chǎng)和電流，因此它比傳統(tǒng)的有刷電機(jī)更加高效，且無(wú)刷電機(jī)能夠在低轉(zhuǎn)速下提供高轉(zhuǎn)矩，這使得它們適用于需要啟動(dòng)力的應(yīng)用，如電動(dòng)工具和機(jī)器人等。由于無(wú)刷電機(jī)能夠在高轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，這使得它們適用于需要高速運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用，如無(wú)人機(jī)和電動(dòng)車等。
此外，因?yàn)闊o(wú)刷電機(jī)使用的是電子控制器，而不是電刷和集電器等機(jī)械零件，因此它們比傳統(tǒng)的有刷電機(jī)更加耐用，加上由于無(wú)刷電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是通過電子控制器調(diào)節(jié)電流而實(shí)現(xiàn)的，而不是通過機(jī)械的摩擦和接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此它們通常比傳統(tǒng)的有刷電機(jī)更加安靜。由于無(wú)刷電機(jī)比傳統(tǒng)的有刷電機(jī)具有更好的性能和壽命，因此它們被廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用中，包括工業(yè)自動(dòng)化、家用電器、電動(dòng)工具、無(wú)人機(jī)、電動(dòng)車等。
無(wú)刷電機(jī)的選購(gòu)要訣
選擇無(wú)刷電機(jī)時(shí)，首先您需要確定您的應(yīng)用需要什么類型的無(wú)刷電機(jī)，例如您是需要高轉(zhuǎn)矩、高速度還是兩者兼?zhèn)涞臒o(wú)刷電機(jī)，這樣才能為您的應(yīng)用提供最佳的效能。此外，還需要根據(jù)電源供應(yīng)和應(yīng)用需求，來(lái)選擇正確的無(wú)刷電機(jī)電壓和功率。一般來(lái)說(shuō)，輸入電壓和功率越高，無(wú)刷電機(jī)的性能就越好，但相應(yīng)的成本也會(huì)增加。
另一方面，您需要確定應(yīng)用所需的轉(zhuǎn)速范圍，并選擇能夠提供所需轉(zhuǎn)速的無(wú)刷電機(jī)。無(wú)刷電機(jī)的效率很重要，因?yàn)楦咝У臒o(wú)刷電機(jī)可以節(jié)省能源和降低使用成本。因此，選擇高效的無(wú)刷電機(jī)可以為您的應(yīng)用帶來(lái)更好的效能和經(jīng)濟(jì)效益。再來(lái)還需要選擇具有良好耐用性和壽命的無(wú)刷電機(jī)，這樣可以減少維修和更換零件的次數(shù)，并降低使用成本。最后，需要選擇一個(gè)可靠的品牌和高質(zhì)量的無(wú)刷電機(jī)，以確保您的應(yīng)用能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，并為您帶來(lái)最大的效益。
選擇無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的重點(diǎn)
選擇完無(wú)刷電機(jī)，便得開始選擇無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。首先，您需要確定您所使用的無(wú)刷電機(jī)類型，例如直流無(wú)刷電機(jī)、步進(jìn)無(wú)刷電機(jī)等，并選擇相應(yīng)的無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。再來(lái)則需要根據(jù)您所使用的無(wú)刷電機(jī)的電流和電壓，來(lái)選擇相應(yīng)的無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。通常，無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的最大電流和最大電壓應(yīng)該大于無(wú)刷電機(jī)的額定電流和額定電壓。
此外，無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有多種控制方式，例如PWM控制、脈沖方向控制等，因此需要選擇適合您的應(yīng)用的控制方式，再來(lái)需要確定您的應(yīng)用是否需要速度控制功能，如果需要，便需要選擇支持速度控制的無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通常具有過電流保護(hù)、過熱保護(hù)等保護(hù)功能，您需要確定應(yīng)用是否需要這些保護(hù)功能，以選擇相應(yīng)的無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)然，可靠的品牌和高質(zhì)量的無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將有助于您的應(yīng)用能夠穩(wěn)定運(yùn)行，確保整體系統(tǒng)的運(yùn)作效率。
易于使用的無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
針對(duì)高精度的機(jī)器人應(yīng)用，安森美推出了NCD83591無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，這是一款用于電機(jī)控制應(yīng)用的三相60V柵極驅(qū)動(dòng)器。NCD83591相當(dāng)易于使用，具有高增益帶寬電流檢測(cè)放大器，非常適合梯形電機(jī)控制應(yīng)用。它包括高側(cè)5至250mA的可配置FET恒定柵極驅(qū)動(dòng)源電流，這是低側(cè)成比例的灌電流的2倍。高側(cè)柵極和源極輸出引腳驅(qū)動(dòng)可通過嵌入式電荷泵啟用，允許直流靜態(tài)驅(qū)動(dòng)，并可承受-12V直流電壓。
NCD83591支持內(nèi)部產(chǎn)生的柵極驅(qū)動(dòng)電源電壓，寬工作電壓范圍使該器件非常適合5 V（最小值）至60 V（最大值）的工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用，容差則為4 V至70 V。柵極驅(qū)動(dòng)器采用小尺寸QFN28 (4x4)封裝，集成度高，是優(yōu)化整體BOM成本的理想選擇。
NCD83591是具有70V absMax的60V三相柵極驅(qū)動(dòng)器，具有嵌入式電流檢測(cè)放大器，外部可配置為嵌入式10MHz GBW通用放大器，可用于高端柵極驅(qū)動(dòng)的集成電荷泵，可通過VDRV引腳的輸入電平進(jìn)行16種設(shè)置，可用于交叉?zhèn)鲗?dǎo)保護(hù)和優(yōu)化死區(qū)時(shí)間的柵極感應(yīng)。
NCD83591具有可用于電流檢測(cè)，嵌入式電荷泵功能允許直流靜態(tài)驅(qū)動(dòng)，支持強(qiáng)阻斷電流防止自導(dǎo)通功能，在VDD（核心）電源丟失期間，內(nèi)部柵極下拉至GND，支持VM、VGL和VGH?VM上的欠壓鎖定，具備5 V/3.3 V兼容6輸入控制功能，以及高達(dá)30 kHz的電機(jī)PWM，具有獨(dú)立的六門控制模式、4 kV HBM和1 kV CDM ESD保護(hù)，并是一款無(wú)鉛器件。安森美也推出支持NCD83591的NCD83591AS-GEVB評(píng)估板，以加快產(chǎn)品的開發(fā)速度。
NCD83591可應(yīng)用于電力設(shè)備、建筑和工業(yè)自動(dòng)化、移動(dòng)應(yīng)用、機(jī)器人等，常見的終端產(chǎn)品包括電動(dòng)工具、戶外動(dòng)力設(shè)備、工廠自動(dòng)化、建筑管理、電動(dòng)自行車、電動(dòng)滑板車、氣墊板、協(xié)作機(jī)器人、自動(dòng)導(dǎo)引車、自主移動(dòng)機(jī)器人與無(wú)人機(jī)等。
結(jié)語(yǔ)
無(wú)刷電機(jī)的運(yùn)作特性相當(dāng)適用于機(jī)器人應(yīng)用，可以高效地驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的各種動(dòng)作，因此選擇合適的無(wú)刷電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器便顯得更為重要。安森美針對(duì)機(jī)器人應(yīng)用推出的無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，具備高集成、高效、穩(wěn)定、低成本的特性，將是機(jī)器人應(yīng)用的理想選擇。
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