【導(dǎo)讀】機器人必需裝配多個電機，才能夠用于移動機器人主體或是機器人的手臂、四肢，其中又以使用無刷直流電機（BLDC）為主流，為了高效的驅(qū)動無刷電機，便得選擇合適的無刷電機驅(qū)動器。本文將為您介紹無刷電機與驅(qū)動器的特性與選擇要點，以及由安森美（onsemi）推出的無刷電機驅(qū)動器的產(chǎn)品特性。
比有刷電機更加高效的無刷電機
無刷電機和有刷電機是兩種不同的電機類型，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。有刷電機內(nèi)部有一對電刷與旋轉(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。而無刷電機則不需要電刷，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。
由于無刷電機沒有電刷，因此可以在高速運轉(zhuǎn)時減少摩擦和磨損，因此通常比有刷電機更有效率。此外，無刷電機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動控制的應(yīng)用。
另外，由于有刷電機的電刷部分容易磨損，需要定期更換，因此需要更多的維護工作。無刷電機則不需要這些維護工作，因此更加方便使用。不過，在通常情況下，無刷電機比有刷電機成本更高，但隨著無刷電機技術(shù)的不斷進步和市場競爭的加劇，無刷電機的成本已經(jīng)越來越接近有刷電機。
由于無刷電機使用的是電子控制器來管理磁場和電流，因此它比傳統(tǒng)的有刷電機更加高效，且無刷電機能夠在低轉(zhuǎn)速下提供高轉(zhuǎn)矩，這使得它們適用于需要啟動力的應(yīng)用，如電動工具和機器人等。由于無刷電機能夠在高轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，這使得它們適用于需要高速運動的應(yīng)用，如無人機和電動車等。
此外，因為無刷電機使用的是電子控制器，而不是電刷和集電器等機械零件，因此它們比傳統(tǒng)的有刷電機更加耐用，加上由于無刷電機的運轉(zhuǎn)是通過電子控制器調(diào)節(jié)電流而實現(xiàn)的，而不是通過機械的摩擦和接觸來實現(xiàn)，因此它們通常比傳統(tǒng)的有刷電機更加安靜。由于無刷電機比傳統(tǒng)的有刷電機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)自動化、家用電器、電動工具、無人機、電動車等。
無刷電機的選購要訣
選擇無刷電機時，首先您需要確定您的應(yīng)用需要什么類型的無刷電機，例如您是需要高轉(zhuǎn)矩、高速度還是兩者兼?zhèn)涞臒o刷電機，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，來選擇正確的無刷電機電壓和功率。一般來說，輸入電壓和功率越高，無刷電機的性能就越好，但相應(yīng)的成本也會增加。
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)速的無刷電機。無刷電機的效率很重要，因為高效的無刷電機可以節(jié)省能源和降低使用成本。因此，選擇高效的無刷電機可以為您的應(yīng)用帶來更好的效能和經(jīng)濟效益。再來還需要選擇具有良好耐用性和壽命的無刷電機，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，需要選擇一個可靠的品牌和高質(zhì)量的無刷電機，以確保您的應(yīng)用能夠長時間穩(wěn)定運行，并為您帶來最大的效益。
選擇無刷電機驅(qū)動器的重點
選擇完無刷電機，便得開始選擇無刷電機驅(qū)動器。首先，您需要確定您所使用的無刷電機類型，例如直流無刷電機、步進無刷電機等，并選擇相應(yīng)的無刷電機驅(qū)動器。再來則需要根據(jù)您所使用的無刷電機的電流和電壓，來選擇相應(yīng)的無刷電機驅(qū)動器。通常，無刷電機驅(qū)動器的最大電流和最大電壓應(yīng)該大于無刷電機的額定電流和額定電壓。
此外，無刷電機驅(qū)動器有多種控制方式，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刷電機驅(qū)動器。無刷電機驅(qū)動器通常具有過電流保護、過熱保護等保護功能，您需要確定應(yīng)用是否需要這些保護功能，以選擇相應(yīng)的無刷電機驅(qū)動器。當(dāng)然，可靠的品牌和高質(zhì)量的無刷電機驅(qū)動器將有助于您的應(yīng)用能夠穩(wěn)定運行，確保整體系統(tǒng)的運作效率。
易于使用的無刷電機驅(qū)動器
針對高精度的機器人應(yīng)用，安森美推出了NCD83591無刷電機驅(qū)動器，這是一款用于電機控制應(yīng)用的三相60V柵極驅(qū)動器。NCD83591相當(dāng)易于使用，具有高增益帶寬電流檢測放大器，非常適合梯形電機控制應(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)動可通過嵌入式電荷泵啟用，允許直流靜態(tài)驅(qū)動，并可承受-12V直流電壓。
NCD83591支持內(nèi)部產(chǎn)生的柵極驅(qū)動電源電壓，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)動器，具有嵌入式電流檢測放大器，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)動的集成電荷泵，可通過VDRV引腳的輸入電平進行16種設(shè)置，可用于交叉?zhèn)鲗?dǎo)保護和優(yōu)化死區(qū)時間的柵極感應(yīng)。
NCD83591具有可用于電流檢測，嵌入式電荷泵功能允許直流靜態(tài)驅(qū)動，支持強阻斷電流防止自導(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30 kHz的電機PWM，具有獨立的六門控制模式、4 kV HBM和1 kV CDM ESD保護，并是一款無鉛器件。安森美也推出支持NCD83591的NCD83591AS-GEVB評估板，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)自動化、移動應(yīng)用、機器人等，常見的終端產(chǎn)品包括電動工具、戶外動力設(shè)備、工廠自動化、建筑管理、電動自行車、電動滑板車、氣墊板、協(xié)作機器人、自動導(dǎo)引車、自主移動機器人與無人機等。
結(jié)語
無刷電機的運作特性相當(dāng)適用于機器人應(yīng)用，可以高效地驅(qū)動機器人的各種動作，因此選擇合適的無刷電機與驅(qū)動器便顯得更為重要。安森美針對機器人應(yīng)用推出的無刷電機驅(qū)動器，具備高集成、高效、穩(wěn)定、低成本的特性，將是機器人應(yīng)用的理想選擇。
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