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控制技術/MCU  

整合數位與類比 快捷簡化BLDC馬達設計流程

上網時間: 2013年04月29日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:馬達  無刷直流  BLDC  PMSM  數位 

在這個世界各國訴求節能的時代,日常生活中無所不在、佔據能源消耗量不小比例的馬達(motor)成為省電的優先選項。據統計,馬達是開發中國家的一大能源消耗來源,佔據六到七成的耗電比例,而由於廣泛應用於洗衣機、電冰箱、空調等各種家電,在家庭用電量也佔據近七成左右比例。

為了進一步縮減馬達耗電量,以效率更高的無刷直流(BLDC)馬達或永磁同步馬達(PMSM)來取代傳統通用型馬達與交流馬達(AC Motor)的設計已經逐漸成為主流趨勢。傳統AC馬達除了效率較低,也有噪音、尺寸重量較大、發熱溫度高、使用壽命短,以及轉速受AC電壓限制而無法調整、應用單一化等缺點;而BLDC/PMSM馬達則可因應新一代家電產品訴求環保、省電、靜音,以及輕量化、外觀簡潔設計等需求。

以洗衣機、空調、電冰箱等大型家電為例,BLDC/PMSM馬達平均滲透率由2010年的不到18%,在2012年達到24%左右,估計可在2014年超過三成。但BDLC/PMSM馬達應用設計牽涉電子電路與高階控制演算法,與偏重機械的傳統馬達設計完全不同,可能讓工程師們在轉換設計過程中遭遇許多困難,必須投入大量的研發資源,及較長的設計時間。

為了協助這些必須顧及成本和軟體開發的設計人員,快捷半導體(Fairchild)開發出FCM8531 類比和數位整合式馬達控制器,是一款具彈性的客製化BDLC/PMSM馬達設計解決方案,包括能使用指南、參考設計和評估板,能協助馬達控制設計人員縮短上市時程,減輕軟體設計上的負擔。快捷半導體BDLC產品線行銷經理簡文烯表示,FCM8531的特色是具備兩個平行處理器核心──包括高階馬達控制器(AMC)和嵌入式微控制器(MCU)──雙核心可獨立運作,也能透過內部的通訊介面交換資料,有助於避免系統當機並改善硬體保護功能。

簡文烯進一步解釋,FCM8531的AMC是以硬體為基礎的馬達控制器,搭配可配置(configurable)軟體核心,能針對各種不同應用的馬達設計做調整,執行包括正弦波控制、磁場導向控制(FOC)及直接正交(DQ)控制等功能演算法,運用快捷的資料庫來進行設定和儲存,實現高效能的馬達控制。搭配AMC的8051架構嵌入式MCU,則是馬達指令控制與通訊中心,負責接收並管理終端產品的風/轉速控制、遙控或是LED指示燈等等功能。

FCM8531還具備包括過電壓和過電流保護等硬體保護功能,能考量各種故障模式並提供快速回應,而嵌入式 MCU 則可簡化額外功能的實作。快捷同時可提供的馬達控制開發系統(MCDS)軟體工具包含整合式開發環境(IDE)和MCDS 編程套件,可讓設計人員設定AMC並開發 MCU 的程式碼。這些處理核心提供一個整合式的軟體工程平台,加快馬達控制程式的開發。 MCDS-IDE 使用簡單,可改善設計目標時程,搭配 MCDS 編程套件能快速完成程式碼的設計,即時調整馬達的運作訊號。

簡文烯表示,FCM853是由快捷半導體的台灣研發團隊(收購自崇貿科技)所開發之產品,而這款元件也是該公司首款整合MCU核心的類比/數位混合式控制器;該款控制器產品已經在去年11月量產,並已取得客戶設計案,將應用產品包括家用抽油煙機、吊扇、空調系統,以及工廠用負壓排風扇、抽水幫浦、鼓風機…等等。因為獲得客戶不少好評,快捷半導體未來在馬達控制領域會繼續以整合MCU數位功能的架構為基礎,也不排除將此概念應用至其他領域的控制器產品,以提供客戶更具彈性的解決方案。(Judith Cheng)





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