安森美 cis（安森美4281）

电机作为电机控制和驱动系统中的重要执行器，可以说无处不在。毫不夸张地说，电机驱动着我们世界的“运转”。在众多类型的电机中，近年来表现最抢眼的就是BLDC（无刷直流）电机。

所谓的无刷直流(BLDC) 因而得名，是与传统且较旧的有刷直流(DC) 电机进行比较。

具体来说，两者的主要区别在于，直流电机采用永磁体作为定子，线圈缠绕在转子上。通过电刷和换向器之间的机械接触，外部能量被传输到线圈。通过改变电刷线圈的位置，引起线圈上电流方向的改变。线圈的一侧与定子永磁体的磁极相斥，另一侧则与定子永磁体的磁极相吸，从而不断旋转；在BLDC 中，线圈缠绕在定子上，定子将永久磁铁充当转子，通过改变线圈产生的磁场方向来驱动转子旋转。通过控制流向线圈的电流方向和大小来控制转子的旋转，因此不需要电刷和换向器等机械部件。

BLDC 的优点

BLDC电机独特的结构决定了它与DC相比具有很多优点：

1

更多扭矩

直流电机的最大扭矩只能在旋转过程中维持一瞬间。如果想要获得更大的扭矩，就需要使用更大的磁铁。 BLDC的工作原理决定了在相同质量、相同输入功率下，它可以输出比DC更大的扭矩。

2

更高的效率

由于BLDC具有良好的可控性，能够准确地达到所需的扭矩、转数等目标参数，因此电力利用的效率显然会更高。

3

更长的寿命

直流电机工作时，电刷与换向器的接触会产生磨损，因此在使用过程中可靠性会下降，使用寿命也会受到限制。而且电刷与换向器之间的摩擦会产生火花，限制了其在某些应用中的使用。适用于安全可靠性要求高的场景。 BLDC不存在这些问题，因此具有更高的可靠性和更长的使用寿命。

4

噪音更低

直流电机中电刷和换向器的机械动作会产生音频噪声，EMI电磁干扰方面的挑战会更大；相比之下，BLDC的开发中无需过多担心这些“噪音”问题。

5

更好的热性能

在应用中，直流电机往往需要辅助散热装置，这会增加系统的尺寸；由于其高效率和更好的热性能，BLDC 电机的尺寸也可以更小。

总之，BLDC电机控制性能好、效率高、可靠耐用、寿命长、外观更紧凑……集众多优点于一身。受到市场青睐也就不足为奇了。

快速发展的BLDC 市场

如今，在风机、水泵、电动自行车、电动工具、压缩机、农业机械、汽车电子等众多领域，BLDC电机已成为用户和开发商的首选解决方案。

例如，在传统家电领域，以空调电机为例，2018年我国空调电机产量为3.6亿台，其中BLDC电机产量约为9600万台。但仍保持稳定增长趋势，今年突破1亿台。台湾已经没有悬念了。而且，相关能源法规的制定和不断收紧，也正在进一步加速家电行业BLDC的升级进程，未来空间巨大。

在一些新兴应用中，BLDC也占据了主流，成为必备的选择。例如，在新能源汽车中，每辆车一般配备130至200个电机，其中BLDC占相当大的比例。另一个例子是以BLDC为主的电动自行车行业。据欧洲自行车工业协会统计，2006年至2018年，欧洲市场电动自行车销量从9.8万辆增长至250万辆，年均复合增长率达31%；有研究还表明，2020年至2027年电动自行车市场年均复合增长率将保持在7-11%。

降低BLDC的技术门槛

上面已经提到了BLDC 电机的各种优点，但它也不是没有缺点。最短的就是BLDC控制驱动系统的设计复杂、成本高，这也是影响BLDC普及和扩张速度的主要障碍。

因此，从技术角度来看，如何不断降低这种BLDC电机的技术门槛，加速其应用发展，成为BLDC技术发展需要考虑的核心焦点。

典型的BLDC 电机解决方案通常由四个部分组成：

电机控制器：通常由MCU、DSP等主控芯片负责电机控制和算法处理，并根据BLDC电机的反馈信号进行响应，为栅极驱动提供6路PWM信号。

栅极驱动：也称为“预驱动”，它向功率器件的栅极施加电压，并根据控制器的输出信号提供驱动电流。

功率级：包含MOSFET或IGBT等功率器件，通过开关动作控制向BLDC负载输出功率，驱动电机运动。

反馈回路：将BLDC电机的速度、位置、电流、电压、故障信号反馈给控制器，形成控制闭环。

目前，我们可以看到BLDC技术解决方案的演进有两个明显的趋势：一是探索更高的集成度，二是提供一站式整体解决方案。

所谓集成度的提高，就是将控制器、栅极驱动器、功率级三部分集成起来，形成不同的解决方案。根据不同的“集成”策略，BLDC技术解决方案可分为四类：三部分相互独立的分立驱动解决方案；将栅极驱动和功率MOSFET集成到IPM中的解决方案，“IPM+控制器”；将栅极驱动和功率MOSFET集成到IPM中的解决方案，“IPM+控制器”解决方案；集成极驱动器和控制器以及功率器件的解决方案；集成了所有三个部分的SoC 解决方案。

这四种类型的解决方案中的每一种都有其自身的优点和缺点。一般来说，随着集成度的提高，方案在成本、体积等方面的优势变得更加明显，但在功耗、耐压、灵活性等方面需要做出性能妥协，因此根据具体的BLDC 应用选择最合适的解决方案尤为重要。

我们来看看“一站式”整体解决方案。事实上，这意味着能够为BLDC客户提供全系列的关键零部件，而每一类零部件都必须有丰富的产品组合，以满足多样化应用场景的要求。

在这方面，Onsemi就是一个很好的例子。从图2可以看出，除了主控MCU和电池组之外，安森美的产品可以全面覆盖BLDC中的各种功能模块，包括栅极驱动器、MOSFET、IPM功率模块、LDO、电流检测放大器、电子保险丝等。 （eFuse）等产品。这就像提供丰富多样的技术资源“拼图”模块。开发者只要根据自己的需求合理“拼接”这些技术资源，就可以设计出理想的BLDC电机“作品”。

透视BLDC“拼图”模块

如果我们仔细探究安森美半导体为BLDC电机准备的这些技术“拼图”模块，一定会有更多令人惊讶的发现。我们来看看一些经典产品。

电隔离高电流栅极驱动器

隔离式栅极驱动器是BLDC 技术解决方案中非常重要的一部分。它为功率器件提供所需的高压和高速驱动能力，同时具有符合安全法规的隔离性能。

安森美半导体提供具有高瞬态和电磁抗扰度的电隔离大电流栅极驱动器。例如，NCx5700x是一款大电流单通道IGBT驱动器，支持5kVRMS（符合UL1577标准）电气隔离，工作电压为1200VIORM。它还具有互补输入、开漏故障、就绪输出、有源米勒钳位、精确的UVLO 和DESAT 保护、DESAT 软关断以及独立的高侧和低侧（OUTH 和OUTL）驱动器输出等功能，以方便使用系统设计有助于提高高功率应用中的系统效率和可靠性。在应用开发中，安森美半导体电隔离大电流栅极驱动器的半桥节点不需要保护电路，可以带来更大的PCB布局灵活性。

NCx5700x可以在输入侧提供5V和3.3V信号，在驱动器侧提供宽偏置电压范围，包括负电压能力，以满足不同应用的要求。 NCx5700x 系列采用宽体SOIC-16 封装，输入和输出之间保证爬电距离为8mm，以满足增强的安全绝缘要求。

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Trench6 N 沟道中压MOSFET

在BLDC 功率级设计中，高效功率器件至关重要。安森美半导体为此提供了非常丰富的MOSFET产品，其中Trench6 N沟道中压MOSFET是最值得关注的“代表”。

该MOSFET 系列采用先进的屏蔽栅极功率沟槽技术，可显着降低导通电阻、优化开关损耗并提高功率密度。这些MOSFET 包括30V、40V 和60V 产品，具有各种小型封装选项，以支持更大的设计灵活性。

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电流检测放大器

在BLDC 的反馈环路中，电流检测放大器用于监控电流消耗，为控制器提供有助于系统安全和诊断功能的关键信息。

安森美半导体的电流检测放大器集成了外部电阻器，可提供更高的精度和更小的解决方案。这些电流检测放大器最大限度地减少了BOM 空间、优化了成本性能并提高了系统灵活性。

它们支持-0.3V至+26.0V的宽共模输入范围、2.2V至26.0V的电源电压范围、低失调电压、低偏置漂移和高温度精度以实现更高的功效，它还提供符合AEC-Q101 标准并具有PPAP 功能的选项，可满足汽车BLDC 解决方案的设计要求。

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电子保险丝

在BLDC电机等电力应用中，电路保护功能自然是不可缺少的。为此，安森美半导体的电子保险丝在单个器件中提供了一整套集成解决方案，支持过流、过压、过温、反极性和浪涌电流保护，并能够通过GPIO 报告故障和禁用输出。

安森美半导体的电子保险丝也有丰富的产品组合可供选择，电压范围为3V至12V，支持1A至12A连续电流，有助于在各种BLDC系统的紧凑电路板布局中提供全面的保护功能。

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宽Vin/Vout LDO 稳压器

在BLDC 方案的电源管理设计中，LDO 稳压器是常用的器件。在这方面，安森美半导体的宽Vin/Vout LDO稳压器是推荐产品。其输入电压范围为2.7V至60.0V，输出电压范围为1.2V至33.0V。它有固定和可调的选项。

该LDO 系列具有超低静态电流（典型值1A）、快速瞬态响应以及大输入和输出电压范围。它还具有高电源抑制比(PSRR) 和低噪声等可选功能，并提供多种封装类型。可选的（从最小的行业标准尺寸到更高功率的封装）可以满足BLDC 控制中的多样化设计需求。

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BLDC发展的“新起点”

读完上面显示的这些安森美半导体设计资源“拼图”模块后，您认为BLDC 解决方案开发会很容易吗？等一下，实际的设计和开发过程并没有那么简单。

据分析，BLDC解决方案从始至终的开发过程中需要做出数百个决策；而更让开发者摸不着头脑的是，他们需要面对不同的终端客户，每个客户都有自己的成本、能效和功率。密度、尺寸、维护和使用寿命等性能考虑因素使实现最终BLDC 解决方案的工作量加倍。

如果每个解决方案的设计都是从头开始，那么即使你知道眼前的技术“难题”模块（即可用的组件）很棒，你最终还是想让它们变得完美。组装起来仍然会很麻烦，其复杂性甚至可能令人望而生畏。

为了应对这个问题，安森美半导体推出了名为“新一阶近似起点”的解决方案。其核心思想是构建完整的栅极驱动和功率开关器件（MOSFET/IGBT）匹配表，用5个表覆盖从12V到650V的各种BLDC电机以及高达6kW的配电的应用需求。这样开发人员就可以根据最终的设计需求快速查表，根据图锁定最合适的一张。栅极驱动器和功率开关器件的组合。

这些表格的列表包括：

BLDC 表#1：12V 和24V (N-FET)，功率高达1.1kW

BLDC 表#2：48V 和60V（N-FET），功率高达1.5kW

BLDC 表#3：48V 和60V（N-FET），功率高达3kW

BLDC 表#4：300V 和400V (IGBT) 高达6kW

BLDC 表#5：300V、400V 和650V (IPM)，最高6 kW

图8：BLDC 表#1 - 12V 和24V (N-FET)，高达1.1kW（来源：ON Semiconductor）

安森美半导体还提供了一个很好的在线工具，用于构建带有IPM（集成电源模块）的BLDC。用户输入15 个操作条件，该工具会生成多个详细的分析表以及12 个捕获关键热和功率性能的图表。

所有这些措施都可以使BLDC系统的设计从旧起点迈向“新起点”。从这里开始，BLDC的整个发展进程将大大加速。

总而言之，BLDC电机的应用将在未来10年迎来稳定快速发展期。谁能快速整合优势技术资源，开发出最终应用所需的解决方案，谁就能抢占这一市场先机。安森美半导体已将拼接BLDC 解决方案所需的基本产品模块和高效设计工具摆在您的面前。您应该能够更轻松地玩转BLDC 的技术“难题”，并获得事半功倍的效果。

贸泽电子与安森美半导体合作，将一些与BLDC 相关的优质技术信息“拼接”在一起，并将其整合为在线主题。如果你想成为BLDC技术“拼图”高手，你想要的攻略都在这里。快来看看吧！

责任编辑：haq