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TI:不用演算法 也能完成工業馬達設計
 

【CTIMES/SmartAuto 姚嘉洋 報導】   2014年07月22日 星期二

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就工業領域而言,馬達所能涵蓋的應用層面相當廣泛,從一般的風扇、液體或是氣體的傳送、水泵、機器手臂或是輸送帶等,都會是馬達可以派上用場的地方。TI(德州儀器)馬達事業部現場應用工程師Bruce Liu表示,採用DC(直流電)進行控制,可以用電子控制來提升電源輸出,只要輸入多少電源,就用多少電源,所以無刷直流(BLDC)在工業領域的詢問度相當高,就他目前接觸的客戶群來看,約有20%至30%的比重,都在詢問討論或是已經投入開發無刷直流馬達。

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Bruce Liu談到,產業界之所以會開始轉向無刷直流馬達應用,原因之一在於工業環境應用較為嚴苛,若是採用有刷直流馬達,容易產生火花,在對於粉塵較多的作業環境而言是相當危險的事情。另一方面,無刷直流的能源效率相當高,而且也能進行轉速控制,這也是產業界開始轉向的原因之一。

他進一步透露,無刷直流馬達能有高效率的原因在於,馬達本身是透過180度的弦波控制,相較於120度或是150度的T型波,能有更高的效率表現,但缺點在於,採用弦波控制容易受到外界溫度變化與EMI(電磁波干擾)的影響,尤其是對半導體元件,更是如此。若要進一步克服這類的問題,就必須透過Layout(電路布局)的方式來加以克服。但Bruce Liu也表示,無刷直流馬達容易受到外界雜訊干擾,這也表示馬達本身的降噪能力相當出色,不會影響其他週邊系統的運作。

至於在主晶片方面,Bruce Liu指出,FPGA(可編程邏輯閘陣列)、DSP(數位訊號劇理器)與MCU(微控制器)等各有優劣。但這些晶片架構都有一個共同點,就是需要撰寫演算法。

Bruce Liu談到,考量客戶在演算法上的資源不足的問題,還有一種作法是提供ASIC(特殊應用積體電路)來進行系統設計,先利用FPGA進行先期的晶片驗證,之後再將ASIC量產,成本會比MCU便宜,速度也在MCU之上,TI本身也有這種產品,將馬達所需要的軟體與演算法,用硬體電路實現,裡面也內建濾波器、ADC(類比數位訊號轉換器)與DAC(數位類比訊號轉換器)等,而TI的開發工具也能套用在此款ASIC上,客戶僅需要在暫存器上進行微調即可。

而在無刷直流馬達精確度方面,Bruce Liu分析,若要提升馬達的精確度,系統設計會需要霍爾感測器來強化訊號回授,再搭配MCU或是DSP,就能達到相輔相成之效,但另一種作法是,考量到系統成本的情況下,就是拿掉霍爾感測器,但如此一來,轉子位置不易確認,這就必須靠演算法來補其不足,不過問題就是撰寫演算法的難度會有所提升,就端看系統設計者的首要考量為何。

關鍵字: DSP(數位訊號處理器MCU  FPGA  ASIC  演算法  霍爾感測器  無刷直流馬達  TI(德州儀器, 德儀
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