專為無刷直流電機設(shè)計的單片機現(xiàn)世！取代有刷已成大勢？

攻城獅華哥

在節(jié)能減排已經(jīng)成為消費者的新需求時，各種工業(yè)企業(yè)也開始了轉(zhuǎn)型，配合國家的政策向節(jié)能減排發(fā)展。在動力部分，要想配合節(jié)能減排的方針政策，主要就是提高技術(shù)，選擇適合的電機，那么什么電機既能滿足生產(chǎn)需求又能做到節(jié)能減排呢?

有刷電機

由上圖動畫可以看到：在磁場中放置線圈，通過流動的電流，線圈會被一側(cè)的磁極排斥，同時被另一側(cè)磁極所吸引。電機中的換向器部分是靠電刷供電的，電刷的位置在轉(zhuǎn)向器上方，隨著旋轉(zhuǎn)不斷移動。通過改變電刷的位置，可使電流方向發(fā)生變化。換向器和電刷是直流電機旋轉(zhuǎn)所不可或缺的結(jié)構(gòu)。


無刷電機

無刷直流電機的定子（Stator）是線圈（Coil）繞組電樞，轉(zhuǎn)子（Rotor）是永磁體。如果只給電機通以固定的直流電流，則電機只能產(chǎn)生不變的磁場，電機不能轉(zhuǎn)動起來，只有實時檢測電機轉(zhuǎn)子的位置，再根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置給電機的不同相通以對應(yīng)的電流，使定子產(chǎn)生方向均勻變化的旋轉(zhuǎn)磁場，電機才可以跟著磁場轉(zhuǎn)動起來。  

無刷電機優(yōu)勢

無刷直流電機以電子換向器取代了機械換向器，所以無刷直流電機既具有直流電機良好的調(diào)速性能等特點，又具有交流電機結(jié)構(gòu)簡單，無換向火花，運行可靠和易于維護等優(yōu)點。

無刷電機可以使用直流電源或者是交流電源供電，滿足各種行業(yè)的不同需求，同時無刷電機的體積要比同功率的有刷電機30%以上，安裝更為方便合理。最重要的是，無刷電機的電能轉(zhuǎn)化率達到80%以上，比其他電機要節(jié)能50%。

電子產(chǎn)品大都在遵循“摩爾定律”，唯獨電機產(chǎn)業(yè)近20年來沒有任何更新?lián)Q代——但隨著半導(dǎo)體組件如功率組件(MOSFET)，微控制器(MCU)，驅(qū)動組件(Gatedriver)的普及，使得無刷直流電機的總成本降低很多，BLDC直流無刷電機技術(shù)替代傳統(tǒng)電機已經(jīng)勢在必行。

據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，2010年以來，無刷直流電機(BLDC)行業(yè)收入連年增加，2016年為189.2億元，同比增長22.3%，中國無刷直流電機(BLDC)的市場前景較為樂觀，市場規(guī)模將進一步擴大。預(yù)計未來五年，行業(yè)增速仍將保持在20%左右的水平，到2022年行業(yè)市場規(guī)模將達到565億元左右。

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專為無刷直流電機設(shè)計的單片機

相較于傳統(tǒng)直流有刷電機的電刷因長期磨損的關(guān)系需要一直保養(yǎng)維護，直流無刷電機不使用基于電刷的機械式換相，而是采用電子式換相，配置適當(dāng)?shù)尿?qū)動器來控制電機換相，可以提高效率且相對安靜與省電，在現(xiàn)代許多家電、工業(yè)應(yīng)用中都可以看到直流無刷電機。

高性能的BLDC電機相信是未來電機發(fā)展的重要趨勢；與此同時，終端消費市場對電機驅(qū)動控制不再僅限于電機啟停，定速變檔等，還需要具有高性能，低噪音，效率高等要求；MCU作為電機驅(qū)動控制的大腦，變得尤為重要。

觀察近年來的MCU市場規(guī)模，中國通用MCU產(chǎn)品中，32位MCU產(chǎn)品占比最高，達54%；其次為8位MCU產(chǎn)品，占比達43%。與全球MCU產(chǎn)品結(jié)構(gòu)占比相比，中國16位及32位MCU產(chǎn)品占比仍較低。考慮到8位的單個芯片比32位芯片要便宜很多的事實，8位的出貨量其實遠(yuǎn)高于32位的。

可見得32bit/8bit的選擇不屬于「是非題」，還是要視應(yīng)用端而定。一般來說，控制型或大量需要位元（bit）運算的應(yīng)用仍然會選擇8bit MCU。此外，8bit MCU有些架構(gòu)上的特點，如可較節(jié)省程式空間與降低中斷延遲。

在許多嵌入式設(shè)計上，8位MCU比32位擁有更容易設(shè)計的優(yōu)勢，依循8位架構(gòu)的軟件和硬件比起32位將更為簡易。

BD66FM5250 作為一款 8 位高性能精簡指令集 Flash 單片機，它高度集成多種特性，專為無刷直流電機應(yīng)用而設(shè)計。

在存儲器特性方面，F(xiàn)lash 存儲器可多次編程的特性給用戶提供了較大的方便。除了 Flash 程序存儲器，還包括 RAM 數(shù)據(jù)存儲器和用于存儲序列數(shù)據(jù)、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)等非易失性數(shù)據(jù)的 True EEPROM 存儲器。此外通過使用 IAP 功能，便于用戶直接將測量的數(shù)據(jù)存儲至程序存儲器中或進行應(yīng)用程序更新。

此單片機具有性能良好、功耗低、I/O 使用靈活的特性，外加集成有定時器模塊、內(nèi)部振蕩器、多通道 A/D 轉(zhuǎn)換器、D/A 轉(zhuǎn)換器、運算放大器、脈寬調(diào)制功能、16 位捕捉定時器模塊、比較器、電機保護模塊、霍爾傳感器位置檢測功能、 UART 接口功能、16 位 MDU、時基、低電壓復(fù)位、低電壓檢測、暫停和喚醒功能。

雖是一款專為無刷直流電機應(yīng)用而設(shè)計的單片機，但其強大的功能使得 它可以廣泛應(yīng)用于 A/D 產(chǎn)品中，例如傳感器信號處理、電機驅(qū)動、工業(yè)控制、 消費類產(chǎn)品和子系統(tǒng)控制等。

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合泰與華秋聯(lián)合推出基于BD66FM5250定制的五節(jié)鋰電池 BLDC 沖擊扳手應(yīng)用方案，可應(yīng)用于腳手架沖擊扳手等領(lǐng)域。

01 應(yīng)用特性
■ 操作控制：VR無級調(diào)速、正反轉(zhuǎn)控制
■ 檔位顯示、檔位切換、斷電檔位記憶
■ 反轉(zhuǎn)自停功能，斷電功能記憶
■ 延時斷電功能，關(guān)機后零消耗
■ 提供電壓保護、過電流、過溫及堵轉(zhuǎn)保護功能

02工作原理
電機控制工作原理簡介（以 BD66FM5250 為例），分為轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速控制兩個部分。

03 方框圖

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