作者：Maurizio Di Paolo Emilio

在汽車和工業系統創新以及生產技術進步的推動下，伺服驅動器，電動機以及控制它們的設備代表了持續的增長機會。到2022年，汽車和運輸行業預計將在伺服電動機和驅動器銷售中占最大份額，無論是在數量上還是在價值上。伺服驅動器，控制器和電動機的需求仍然旺盛，以幫助公司提高工業設置效率。

飛行員和速度/轉矩控制的要求和技術因電動機類型而異，從簡單控制直流電動機和通用電動機中的電壓和電流到使用交流電動機逆變器，無刷電動機中不同相位的反饋切換以及復雜的數字電路步進電機的驅動順序。即使對于傳統的模擬電動機（例如感應和開關磁阻類型），如今，傳統的模擬技術也伴隨著越來越復雜的數字控制方法，從而可以以低成本實現解決方案。使用微電子設備可以更好地控制速度，位置和扭矩，并提高效率。

圖1：電機控制IC的框圖（圖片：Maxim Integrated）

電機控制電路必須以最小的開關損耗或導通損耗快速激活和停用電機線圈中的電流。MOSFET和絕緣柵雙極晶體管（IGBT）均可滿足一系列應用中的電機控制需求。這些電可控設備的功能和屬性相似，并且其內部設計中存在重疊的區域。在大多數應用中，它們以H橋配置使用，以控制流向兩個或多個電動機線圈的電流路徑。這樣就可以完全控制電動機的速度和方向（圖1）。

電動馬達概述

每個包含電機或機械驅動要求的設計項目，都必須評估是使用連續電流設計還是步進電機或伺服電機。在連續電動機中，使用永磁體或繞組在定子中產生靜磁場。轉子由線圈組成，電流通過石墨電刷到達，石墨電刷壓在旋轉軸上的歧管上。電流流過連續的繞組以保持旋轉。

交流電動機可以是同步或異步的。在異步電動機，也稱為感應電動機中，定子繞組布置成產生近似正弦分布。同步電動機包括無刷直流和交流電動機以及開關磁阻電動機，以及由正弦電壓源供電的電動機。

在無刷電動機中，轉子具有永磁體，并且位于定子上的繞組由控制電子設備以適當的順序供電。無刷直流電動機由不同定子繞組上連續信號的切換序列驅動。無刷交流電動機可以制成帶有永磁體的同步交流電動機。在這種情況下，它們由正弦信號驅動。沒有電刷通過消除摩擦源來提高效率。開關中沒有機械部件，可以實現更高的轉速。

步進電動機是由直流電驅動的無刷同步電動機。轉子在特定位置保持靜止。步進電機可以非常精確地旋轉轉子軸幾度，而無需使用傳感器來檢測角度位置。

關鍵參數

與大多數電子組件一樣，一些主要的性能參數和特定的性能參數決定了設備與應用程序之間的初始對應關系。電動機控制設備的主要參數是電流和電壓管理值，因為這些值確定特定零件是否可以滿足電動機負載要求。

對于MOSFET，下一個關鍵參數是導通電阻（RDS（on））和柵極電容。較低的導通電阻可降低導通期間的電阻損耗和電壓降，從而降低功耗并提高效率。門的容量決定了當前頻率以及在所需的過渡時間（開關速度）下完全激活和停用門所需的速度。對于IGBT，下一個關鍵參數是壓降（Vdrop），它是二極管通過PN結和內部MOSFET的貢獻之和。溫度和電流水平會影響RDS（on）和Vdrop參數。

通常，MOSFET提供更高的開關速度（以兆赫茲為單位）和更高的峰值電流。IGBT的電流值約為10 A，具有堅固性，但開關速度較慢。對于電機控制應用，基本準則是：對于較低的電壓和電流以及較高的開關頻率，MOSFET是更好的選擇，而在較高的電壓/電流和較低頻率下，IGBT是更好的選擇。

編輯：hfy