【導讀】前不久

，世界氣象組織（WMO）在最新的氣象通報中表示
，未來5年，全球年均溫度將有50%的概率至少有一年暫時比工業化前水平高1.5攝氏度。該機構提示這會帶來嚴重的影響，70%-90%珊瑚礁將消失，海平麵上升等等。二氧化碳含量增加是最大的罪魁禍首。

為了避免全球年均溫度進一步上升
，突破《巴黎協定》所規定的2攝氏度目標，在21世紀下半葉實現“碳中和”，不僅是世界各國的國際責任擔當

，也是降低人類生存威脅必須要做的。

為實現“碳中和”目標，每一個高耗能的環節都需要得到改善，比如電機。根據國際能源署最近的一項調查，電機耗電量占工業領域耗電量的大約2/3，占全球耗電量的大約46%。因此
，提升電機能效、高效驅動電機是實現“碳中和”的關鍵。今天我們就來聊一聊如何係統地改善電機能效，貿澤電子網站上在售的電子元器件如何能夠幫助廣大設計者。

高效電機助力“碳中和”

電dian機ji是shi指zhi依yi據ju電dian磁ci感gan應ying定ding律lv實shi現xian電dian能neng轉zhuan換huan或huo傳chuan遞di的de一yi種zhong電dian磁ci裝zhuang置zhi。從cong定ding義yi可ke以yi看kan出chu
，電dian機ji是shi靠kao電dian力li來lai驅qu動dong的de
，正zheng如ru上shang述shu數shu據ju所suo體ti現xian的de，電dian機ji是shi世shi界jie上shang耗hao電dian量liang最zui大da的de單dan種zhong類lei設she備bei。

shangshushujuyijingtidao，dianjihaodianzaiquanqiugongyehaodianzhongzhanbihengao
，zaizhongguoqingkuangyeshileiside。tongjishujuxianshi，zhongguodianjimeinianhaodianliangzhanquanshehuiyongdianliangde69%，占工業用電的75%。造成這種情況的主要原因是中國綠色電機滲透率不足，《電機能效提升計劃2018》中提到，2018年中國高效電機滲透率僅為3%。參考中國工業經濟聯合會方麵的數據，目前這一關鍵指標仍不足10%。而《工業能效提升計劃2022》則要求，2025年新增高效電機的占比要達到70%以上。

如果高效電機能夠普及，將對實現“碳中和”目標有重要意義。根據中國國家統計局數據統計，2021年中國火力發電占發電總量的71.13%。全球方麵，2021年全球化石能源發電占總發電量的62%。從這一維度看，電機間接導致了全球二氧化碳含量的上升
，提升電機能效將會顯著減少能源需求
，降低全球二氧化碳的排放量。

想要提升電機的能效水平，首先可以從電機適配角度去考慮。比如永磁同步電機就比較適用於負載變化比較頻繁
、且空載情況較多的應用場景
，比如車床、機床和拉絲設備等，能夠起到很好的節能效果。

也可以從電機設計角度入手，通過改良相關設計來降低損耗並提升散熱效果。一般電機的損耗主要包含以下幾種——鐵心損耗、定子/轉子銅損、風feng磨mo損sun耗hao以yi及ji雜za散san損sun耗hao，每mei一yi個ge環huan節jie都dou有you持chi續xu改gai良liang的de空kong間jian。比bi如ru使shi用yong銅tong繞rao組zu的de電dian機ji可ke以yi通tong過guo增zeng大da銅tong線xian的de線xian徑jing，大da幅fu減jian少shao銅tong線xian的de繞rao組zu，進jin而er降jiang低di損sun耗hao，並bing減jian少shao散san熱re。

為wei了le能neng夠gou降jiang低di電dian機ji的de能neng耗hao，廠chang商shang也ye會hui專zhuan門men打da造zao節jie能neng技ji術shu
，變bian頻pin調tiao速su就jiu是shi一yi項xiang典dian型xing的de節jie能neng技ji術shu。傳chuan統tong電dian機ji在zai工gong作zuo的de過guo程cheng中zhong

，當dang負fu載zai大da幅fu減jian小xiao或huo者zhe空kong載zai時shi，輸shu入ru功gong率lv並bing沒mei有you改gai變bian
，隻zhi是shi輸shu出chu功gong率lv發fa生sheng了le變bian化hua，這zhe樣yang就jiu浪lang費fei了le大da量liang的de電dian能neng。通tong過guo采cai用yong變bian頻pin技ji術shu
，電dian機ji的de能neng效xiao能neng夠gou得de到dao大da幅fu提ti升sheng。相xiang關guan電dian機ji廠chang商shang的de數shu據ju顯xian示shi，變bian頻pin技ji術shu一yi般ban能neng節jie電dian10%-50%。

另外
，更智能、精準的電機控製係統也可以幫助提升電機能效。電機控製講究“一升一降”，其中“一升”是指提升電機FOC（field-oriented control，磁場導向控製）控製算法效率，“一降”則是要降低功率器件損耗和電機損耗。目前，在電機FOC控kong製zhi算suan法fa裏li，已yi經jing廣guang泛fan出chu現xian深shen度du學xue習xi和he人ren工gong智zhi能neng算suan法fa相xiang結jie合he，這zhe些xie算suan法fa能neng夠gou持chi續xu優you化hua電dian機ji的de效xiao率lv

，提ti升sheng控kong製zhi位wei置zhi的de精jing準zhun度du
，減jian少shao不bu必bi要yao的de電dian流liu損sun耗hao。

最後

，就要談到我們今天的“主角”——電機驅動。觀察各大原廠的解決方案後不難發現
，目前“電機控製和驅動”是一個融合概念，這其實很好理解

，因為電機控製是“決策係統”，和控製算法強相關，而電機驅動是“執行係統”
，後hou者zhe接jie收shou到dao前qian者zhe的de控kong製zhi信xin號hao


，然ran後hou將jiang電dian機ji轉zhuan動dong到dao特te定ding的de角jiao度du，送song到dao特te定ding的de位wei置zhi。電dian機ji驅qu動dong有you專zhuan門men的de驅qu動dong器qi以yi及ji配pei套tao的de驅qu動dong電dian路lu，要yao想xiang從cong這zhe一yi點dian上shang提ti升sheng電dian機ji能neng效xiao
，就jiu要yao從cong以yi下xia幾ji個ge方fang麵mian入ru手shou。

針zhen對dui電dian機ji驅qu動dong器qi，導dao通tong和he開kai關guan損sun耗hao小xiao的de驅qu動dong器qi能neng夠gou幫bang助zhu設she計ji者zhe顯xian著zhu降jiang低di係xi統tong損sun耗hao
，同tong時shi電dian機ji驅qu動dong的de變bian頻pin化hua也ye是shi大da趨qu勢shi。比bi如ru在zai交jiao流liu電dian機ji的de驅qu動dong上shang
，通tong過guo使shi用yong變bian頻pin驅qu動dong器qi取qu代dai單dan速su控kong製zhi

，也ye能neng夠gou實shi現xian電dian機ji的de電dian子zi速su度du控kong製zhi和he更geng高gao的de驅qu動dong能neng效xiao。在zai配pei套tao電dian路lu上shang，專zhuan門men優you化hua的de電dian路lu結jie構gou往wang往wang能neng夠gou起qi到dao很hen好hao的de節jie能neng效xiao果guo。比bi如ru電dian機ji驅qu動dong電dian路lu對dui於yu橋qiao電dian路lu的de使shi用yong，我wo們men進jin一yi步bu以yi汽qi車che電dian機ji驅qu動dong為wei例li，這zhe裏li驅qu動dong係xi統tong實shi際ji上shang就jiu是shi逆ni變bian器qi，在zai逆ni變bian器qi電dian路lu中zhong往wang往wang會hui使shi用yong多duo個ge半ban橋qiao電dian路lu，以yi此ci來lai提ti升sheng係xi統tong效xiao率lv。還hai有you一yi個ge重zhong要yao的de方fang向xiang是shi提ti升sheng電dian機ji輸shu入ru電dian壓ya值zhi
，這zhe樣yang便bian能neng夠gou大da大da減jian小xiao恒heng功gong率lv時shi段duan電dian機ji的de損sun耗hao
，不bu過guo這zhe種zhong趨qu勢shi也ye對dui電dian機ji驅qu動dong保bao護hu電dian路lu提ti出chu了le更geng高gao的de要yao求qiu
，需xu要yao更geng高gao性xing能neng的de保bao護hu元yuan器qi件jian。

通過上述方法
，便能夠大幅降低電機的能耗，對實現“碳中和”目標有巨大的賦能價值。接下來，我們就來看一下，貿澤電子網站上在售的元器件

，如何在一些具體的環節中發揮重要價值。

Littelfuse柵極驅動器

在zai電dian機ji驅qu動dong的de過guo程cheng中zhong，驅qu動dong信xin號hao來lai自zi微wei控kong製zhi器qi或huo者zhe微wei處chu理li器qi，但dan是shi這zhe個ge信xin號hao並bing不bu能neng夠gou直zhi接jie啟qi動dong電dian機ji驅qu動dong係xi統tong
，需xu要yao經jing過guo柵zha極ji驅qu動dong器qi將jiang電dian壓ya或huo者zhe電dian流liu放fang大da。因yin此ci，柵zha極ji驅qu動dong器qi是shi電dian機ji驅qu動dong係xi統tong裏li的de基ji礎chu器qi件jian，也ye是shi不bu可ke或huo缺que的de器qi件jian。

我們今天推薦的第一款器件便是來自製造商Littelfuse的柵極驅動器，貿澤電子網站上的製造商編號為LF2136BTR。

LF2136BTR

LF2136BTR是一款三相柵極驅動器IC，專為高壓、高速應用而設計，可用於驅動半橋配置。該器件基於高壓工藝打造

，高壓側能夠在自舉操作中切換到600V的高壓。同時
，LF2136BTR具有很好的驅動特性、兼容特性和保護特性。該器件具有高脈衝電流緩衝器，旨在實現最小的驅動器交叉傳導；能夠和CMOS電平（低至3.3V）兼容，可輕鬆與控製設備連接
，並在高噪聲環境中啟用低電平以更好地工作；提供多種保護功能
，包括直通保護
、欠壓鎖定、過流保護等。

圖1：LF2136BTR典型應用框圖

（圖源：Littelfuse）

LF2136BTR是Littelfuse柵極驅動器係列中的一款，除了LF2136BTR這種三相柵極驅動器IC，還包括高壓高速柵極驅動器，均具有高壓屬性，以及優質的驅動特性
、兼容特性和保護特性
，並且都能夠在-40°C至+125°C的寬溫度範圍內工作
，可用於打造半橋柵極驅動器
、三相半橋柵極驅動器和高側/低側柵極驅動器。其中
，半橋柵極驅動器和高側/低側柵極驅動器可經過進一步設計用於DC-DC轉換器、交流-直流逆變器電機控製、電機驅動器、D類功率放大器等應用
；三相半橋柵極驅動器則可以用於三相電機變頻器驅動器、白色家電-空調、洗衣機

、冰箱、工業電機逆變器-電動工具


、機器人，以及通用三相變頻器等。

在助力“碳中和”實現方麵，LF2136BTR的高壓特性以及最小的驅動器交叉傳導都能夠發揮重要價值。

雙路H橋電機驅動器

在經典電機驅動電路中
，其中有一種電路的造型長得像字母H，如下圖所示，因此也被稱為“H橋驅動”。綜合來看
，H橋電機驅動電路具有高效、方向控製和製動等突出優點。

圖2：H橋電機驅動電路

（圖源：硬件攻城獅博文）

今天要介紹的第二款器件便是一款雙路H橋電機驅動器，來自製造商Texas Instruments
，貿澤電子網站上的製造商編號為DRV8428PPWPR

，大家可以通過搜索此編號找到這款器件。

DRV8428PPWPR

DRV8428P雙路H橋電機驅動器適用於各種工業應用的雙路H橋電機驅動器
，可用於驅動一個雙極性步進電機、兩個雙向有刷直流電機或四個單向有刷直流電機。根據PCB設計方案的不同，該器件能夠驅動高達1A滿量程或0.7A RMS輸出電流。

圖3：DRV8428P雙路H橋電機驅動器簡化示意圖

（圖源：Texas Instruments）

DRV8428P雙路H橋電機驅動器是一款集成度非常高的器件，輸出級包括N溝道功率MOSFET（配置為兩個全H橋）

、電流檢測/調節以及保護電路。其中，集成式電流感應功能采用內部電流鏡架構，無需檢流電阻，滿量程電流精度為±6%；保護特性包括VM欠壓鎖定、過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)和(he)熱(re)關(guan)斷(duan)
，在(zai)有(you)刷(shua)直(zhi)流(liu)應(ying)用(yong)中(zhong)，還(hai)能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)限(xian)製(zhi)。高(gao)集(ji)成(cheng)度(du)以(yi)及(ji)領(ling)先(xian)的(de)工(gong)藝(yi)，讓(rang)其(qi)具(ju)有(you)更(geng)小(xiao)的(de)封(feng)裝(zhuang)尺(chi)寸(cun)，更(geng)小(xiao)的(de)占(zhan)板(ban)麵(mian)積(ji)，降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)成(cheng)本(ben)。

在應用方麵，DRV8428P雙路H橋電機驅動器領先的產品特性可以賦能有刷直流電機、打印機和掃描儀
、點鈔機和EPOS、辦公和家居自動化


、工廠自動化和機器人、小家電、掃地機器人
、類人機器人等領域。

DRV8428P雙路H橋qiao電dian機ji驅qu動dong器qi也ye有you很hen多duo優you秀xiu的de性xing能neng幫bang助zhu降jiang低di係xi統tong功gong耗hao和he損sun耗hao，其qi中zhong高gao集ji成cheng特te性xing能neng夠gou減jian少shao電dian路lu板ban和he其qi他ta器qi件jian消xiao耗hao
，同tong時shi該gai器qi件jian具ju有you低di功gong耗hao休xiu眠mian模mo式shi，可ke通tong過guo關guan斷duan大da部bu分fen內nei部bu電dian路lu實shi現xian超chao低di靜jing態tai電dian流liu消xiao耗hao。

即用型電機控製套件

接jie下xia來lai，我wo們men進jin一yi步bu延yan伸shen到dao係xi統tong方fang案an的de介jie紹shao。開kai發fa人ren員yuan都dou有you明ming顯xian的de感gan受shou，在zai方fang案an開kai發fa的de過guo程cheng中zhong

，如ru果guo有you一yi款kuan出chu色se的de開kai發fa套tao件jian可ke以yi使shi用yong的de話hua

，那na麼me整zheng個ge開kai發fa進jin程cheng將jiang大da大da提ti速su，縮suo短duan產chan品pin的de上shang市shi周zhou期qi。而er我wo們men接jie下xia來lai要yao介jie紹shao的de是shi一yi款kuan即ji用yong型xing電dian機ji控kong製zhi套tao件jian。

這款套件來自製造商Infineon Technologies
，貿澤電子網站上的製造商編號為MOTORCONTROLKIT12VTOBO1。

MOTORCONTROLKIT12VTOBO1

為什麼說MOTORCONTROLKIT_12V電機控製套件為即用型套件呢，因為套件裏除了MOTIX™嵌入式功率IC
，還有360°角度傳感器以及集成式霍爾效應開關，麵向低壓電機控製應用，可以直接用於快速原型設計和評估。

MOTORCONTROLKIT_12V電機控製套件可以視為TLE9879評估套件，上麵的TLE9879QXA40器件是MOTIX™嵌入式功率IC和單芯片三相電機驅動器、片上係統（SoC）解決方案的一部分。這款器件具有非常高的集成度，內部集成LIN收發器、橋接驅動器和電源等，基於Arm®Cortex®-M3內核打造，可支持實施高級電機控製算法，例如無傳感器磁場定向控製（FOC）。

MOTORCONTROLKIT_12V電機控製套件上的角度傳感器型號為TLE 5012B-E1000，可以實現360°角度測量
，具有0.01°的分辨率，在整個使用壽命和溫度範圍內的最大角度誤差為1.0°。集成式霍爾效應開關的具體型號為TLE 4968-1L，專門用於高精度應用。其具有出色的電源電壓能力，采用非穩壓電源供電
，過壓能力高達42V，無需外部電阻器
，並且通過有源誤差補償進一步提高了器件精度。該套件可用於泵
、風扇和三相BLDC電機應用等。

如上所述
，MOTORCONTROLKIT_12V電機控製套件在各個環節都彰顯了自己的高精度特性，能夠大幅減少係統中不必要的電流損耗
，進而提升電機能效。

讓電機控製更安全的TVS二極管

為wei了le實shi現xian電dian機ji的de精jing準zhun控kong製zhi，降jiang低di電dian機ji不bu必bi要yao的de能neng耗hao
，電dian機ji控kong製zhi和he驅qu動dong電dian路lu中zhong的de元yuan器qi件jian變bian得de越yue來lai越yue精jing細xi，因yin而er也ye就jiu需xu要yao更geng全quan方fang位wei的de保bao護hu。下xia麵mian為wei大da家jia帶dai來lai一yi款kuan常chang用yong的de保bao護hu性xing元yuan器qi件jian——TVS二極管。

這款TVS二極管依然是來自製造商Littelfuse，貿澤電子網站上的製造商編號為SZ1SMA30CAT3G。

SZ1SMA30CAT3G

SZ1SMA 400W TVS二極管是單向和雙向器件，設計用於保護電壓敏感電子產品免受高電壓、高能量瞬變的影響。該器件具有出色的鉗位能力
、高浪湧能力、低齊納阻抗和快速響應時間，峰值功率可達400W（1ms時），正向浪湧電流最高為40A。

圖4：SZ1SMA 400W TVS二極管功能框圖

（圖源：Littelfuse）

SZ1SMA 400W TVS二極管采用Littelfuse獨有、具有成本效益
、高度可靠的封裝
，通過平麵處理表麵，幫助用戶實現準確貼裝
，可用於頂部滑動或底部電路板安裝的封裝設計。

通過出色的產品性能，SZ1SMA 400W TVS二極管能夠為電機驅動帶來更可靠的安全防護，幫助打造控製更精確、能耗更低的電機方案。

電機驅動的未來趨勢

實現“碳中和”mubiaoshiyigechangqiqiejianjuderenwu，ruyishangshujusuoshu
，dianjizuoweizuidadedantihaonengshebei，weilaisuizheqichediandonghuahegongyezidonghuadengqushi，dianjidexuqiuyiranhuigaosuzengchang
，qinenghaoshiyigexuyaochixuyouhuadezhongdianfangxiang。geguozhengceduicifeichangguanzhu，biruzaizhongguo，chuleshangshutidaodeyouzhongguogongxinbuyinfade《工業能效提升計劃》
，還有國家市場監督管理總局和工信部聯合印發的《電機能效提升計劃》等等，其中都對提升電機能效做出了關鍵性指示。

比如《電機能效提升計劃（2021-2023年）》要求，以電機係統生產製造、技術創新
、推tui廣guang應ying用yong和he產chan業ye服fu務wu為wei重zhong點dian方fang向xiang，積ji極ji實shi施shi節jie能neng改gai造zao升sheng級ji和he能neng量liang係xi統tong優you化hua，不bu斷duan提ti升sheng電dian機ji係xi統tong能neng效xiao，支zhi撐cheng重zhong點dian行xing業ye和he領ling域yu節jie能neng提ti效xiao，助zhu力li實shi現xian“碳達峰”、“碳中和”目標。

麵向未來，電機將朝著數字化
、輕量化、小型化、高效率
、高gao功gong率lv密mi度du等deng方fang向xiang繼ji續xu發fa展zhan，而er電dian機ji控kong製zhi和he驅qu動dong環huan節jie在zai其qi中zhong扮ban演yan著zhe重zhong要yao角jiao色se。因yin此ci，除chu了le電dian機ji驅qu動dong芯xin片pian和he其qi他ta配pei套tao芯xin片pian的de出chu貨huo量liang將jiang大da幅fu增zeng加jia之zhi外wai，技ji術shu發fa展zhan趨qu勢shi也ye較jiao為wei明ming確que。為wei了le讓rang整zheng個ge電dian機ji控kong製zhi和he驅qu動dong係xi統tong外wai部bu看kan起qi來lai更geng加jia簡jian潔jie，減jian少shao耗hao材cai，相xiang關guan元yuan器qi件jian的de集ji成cheng度du將jiang再zai次ci提ti高gao。電dian機ji驅qu動dong也ye將jiang更geng加jia智zhi能neng
、靈活

，對電機各個驅動輪的控製將會是獨立且精準的；反饋電路將更加完整、多元
，使得動力輸出更加合理
；為了減少係統發熱
，會不斷追求更高壓的驅動技術；對安全性要求更高

，要做到高度可靠。

當dang然ran
，所suo有you這zhe些xie趨qu勢shi的de目mu標biao都dou是shi為wei了le打da造zao更geng加jia高gao效xiao節jie能neng的de電dian機ji係xi統tong
，而er貿mao澤ze電dian子zi網wang站zhan上shang銷xiao售shou的de電dian子zi元yuan器qi件jian將jiang為wei此ci提ti供gong強qiang力li支zhi持chi，攜xie手shou設she計ji者zhe們men一yi起qi為wei打da造zao“綠色地球”貢獻力量。

來源：貿澤電子

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

自動化設備的LiDAR與電源管理解決方案

可穿戴設備中的傳感器：尺寸越來越“小”，左右越來越“大”！

衛星通信的頻率為什麼那麼高

？

當設計物理層調製解調器時，如何滿足AISG v3.0標準要求

應對電能質量監測新挑戰，ADI助力配電網數字化轉型