直流无刷电机芯片（无刷直流电机好不好）

您需要一个小型电机来完成一个项目，并且您会本能地查看各种标准无刷直流(BLDC) 电机。这样做的原因有几个：它们可以使用当今的控制器IC 或嵌入式固件直接驱动；您可以轻松地将所选电机与处理器和电机极之间必要的MOSFET 驱动器相匹配；由于没有滑动接触电刷，因此它们非常可靠并且产生的EMI 极小。

但是等等.BLDC 电机供应商网站还提供“永远”存在的有刷直流(BDC) 电机。为什么有人会选择有电刷或接触指问题且难以严格控制其性能的有刷电机，除非它们成本较低或用于传统应用？这没有任何意义。

至少我是这么想的，直到我在《医疗设计简报》中看到一篇关于精密便携式输液泵电机选择的文章“每一滴都很重要：设计电机以优化家用和流动输液泵”。这种线性蠕动泵机构是一种先进的应用，其中低成本当然不是选择过程的主要标准（当然，尽管它是其中之一）。本文清楚地阐述了空心杯有刷直流电机与BLDC（以及步进电机，BLDC 变体）在效率、紧凑性、寿命、噪音水平和可靠性方面的相对优势。它包括对电机设计和尺寸的分析，并清楚地说明了为什么古老的有刷电机（尽管采用更现代的“无芯”配置）是这里的最佳选择。

BLDC 和BDC 布置有何区别？简而言之，无刷电机具有一组固定在外壳内的电磁线圈（磁极）和连接到旋转轴（转子）的高强度永磁体，图1（右）。当控制电子设备（电子换向- EC）依次为磁极供电时，转子周围的磁场旋转，从而吸引/排斥转子，并且转子被迫跟随磁场运动。

驱动磁极的电流可以是方波，这种方波效率低下并且可能引起振动，因此大多数设计使用斜坡波形，其形状是根据电气效率和运动精度的所需组合定制的。此外，控制器还可以微调激励波形，以实现快速、平稳的启动和停止，而不会出现过冲，以及对机械负载瞬态的清晰响应。简而言之，有什么不喜欢的呢？

图1：有刷直流电机使用机械触点换向和交变磁场（左），而无刷直流电机设计使用电子换向，并且没有容易磨损或产生EMI 的移动触点（右）

相比之下，有刷直流电机使用机械换向来切换转子（也称为电枢）和定子（定子的磁场由永磁体或电磁线圈产生）的极性，图1（左）。电枢上没有永磁体，而是有电流流过的线圈绕组。转子线圈和定子之间磁场的相互作用和不断反转引起旋转运动。反转磁场的换向动作是通过称为电刷的物理接触来完成的，电刷接触电枢线圈并因此为电枢线圈通电。

有刷电机的尺寸范围从提供几英寸盎司扭矩的微型电机到数百马力，已成功使用100 多年，在许多安装中表现良好。主要缺点是使用石墨的大型电机时，换向触头——会磨损，并且会产生导电灰尘；接触和断开时也会产生火花和电磁干扰。较小的有刷电机使用金属板簧，也存在类似问题，但规模要小得多。

大多数新设计都选择BDLC 电机，因为与有刷电机相比，它具有良好的优点和较少的缺点。您可以选择不同的电压、电流、扭矩和其他额定值，以及软件或固件中的硬件驱动程序和控制算法。许多还提供GUI，可以轻松设置所需的性能属性（速度、加速/减速曲线和响应能力）。

相比之下，有刷电机更难以精确控制，并且实现精确控制的算法只能在更有限的范围内实现。一些拉丝设计添加了旋转位置反馈传感器（光学、霍尔效应、电容或磁性），这可以提高性能，但会增加BOM 成本、出现机械安装问题并增加控制复杂性。 （公平地说，虽然许多BLDC 安装不需要这样的反馈传感器，但有时会添加它以实现闭环反馈并提高性能。）

尽管有明显的缺点，有刷电机仍然具有广泛的应用范围，超出了高度专业化的泵示例或引用的低成本玩具。尽管电气和机械条件恶劣，但它仍广泛应用于汽车等大众市场应用。 IC 供应商提供有刷电机驱动器系列，例如Texas Instruments 的DRV887x 系列。其基本DRV8870 驱动器（图2）包括使用脉冲宽度调制(PWM) 控制为线圈供电以提高性能的规定；该系列中的其他IC 增加了故障报告和电流感应等功能。

图2：a) 德州仪器(TI) DRB8870 的系统级视图，显示了如何将其用作改进的有刷电机驱动器IC； b) 其集成的附加电路的详细信息，以提高电机运行的效率和可控性

教训是，与常见的传统工程“智慧”相反，有刷电机和无刷电机之间的选择很简单。无论是否与电机相关，尽职尽责的工程师都会对项目优先级及其相对权重进行排序，然后公平地考虑各种替代方案，然后再决定在特定情况下哪种方案最好。

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审稿编辑：郭婷