家用电器中电机驱动设计的注意事项

1.前言

洗衣机、空调和冰箱等变频家用电器通常使用无刷直流电机 (BLDC)。这些电机因其高效率、低可闻噪音和无级调速而在家用电器中很受欢迎。

仍然有许多低功率电机——例如洗衣机和洗碗机中的排水泵或空调和冰箱中的风扇——由于驱动器设计的复杂性和成本，BLDC 电机无法完全取代它们。由于这些电机的功率通常低于 50W，因此即使对于经验丰富的工程师来说，开发 BLDC 电机驱动器也非常耗时，并且还会延长上市时间。

2.无刷直流电动机的工作原理

无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的，即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点，广泛应用于高档录音座、录像机、电子仪器及自动化办公设备中。

无刷直流电动机由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成。位置传感按转子位置的变化，沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流（即检测转子磁极相对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号，经信号转换电路处理后去控制功率开关电路，按一定的逻辑关系进行绕组电流切换）。定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。

3.可选方案

TI 通过使用高度集成的 BLDC 电机驱动器单芯片 IC 帮助我们简化驱动器设计，该 IC 在器件内部具有嵌入式专有 180 度无传感器控制方案。低压BLDC电机更适合小功率应用而不是高压应用，对于小功率应用使用高压解决方案就像一匹大马拉着小车。与高压 BLDC 电机相比，

· 兼容性。AC/DC 开关电源转换器使系统能够在不同地区的通用电压输入条件 (110/220V AC ) 下运行。

· 安全。 超低压电源简化了电机的绝缘设计，消除了驱动板绝缘击穿的风险，降低了触电风险，特别适用于排水泵所在的高湿环境。

· 可靠性。 保护功能包括过流保护、锁定检测、电压浪涌保护、欠压锁定保护、热关断保护和自动重启。较低的开关损耗和传导损耗使电机更易于控制且效率更高。

· 外形小巧。驱动板可轻松装入电机，节省印刷电路板 (PCB) 空间。（见图 1 & 2）

· 更好的电磁干扰 (EMI) 性能。EMI 功能使客户能够轻松通过 EMI 测试要求。

· 节约成本。低压直流链路电容器比高压电容器便宜。无传感器实现简化了电机组装；使启动更可靠；并减少线束、霍尔效应传感器和相关电缆成本。

图 1：驱动器在外形上的变化

图 2：电机在外形上的变化

总体而言，带有集成小型驱动器的电机降低了设计复杂性，节省了研发时间并加快了上市时间。

TI有使用低压 (24V) BLDC 电机驱动器，而不是高压（300V 以上）电机。该参考设计提供优化的紧凑型 AC/DC 反激电源和具有全面保护的高度集成正弦 BLDC 电机驱动器。图 3 显示了系统框图。

图 3：系统框图

该参考设计的外形尺寸非常小，可将驱动器板集成到电机内部，并提供改进的解决方案。AC/DC 反激电源将 90V 至 265V、50Hz 或 60Hz 的交流输入转换为稳压的 24V直流输出，并在高端和低端之间加强隔离，UCC28740 用作 AC/DC 反激控制器。设计输出功率最大为36W。 电源产生的24V DC为DRV10983供电 三相无传感器 BLDC 电机控制器，用于驱动电机并控制电机速度。对于需要更宽的工作电压支持和增强的保护功能的电器设计，像 DRV10987 这样的 BLDC 电机驱动器可用于 24V 系统以满足不同的电源要求。我们不必精通 BLDC 技术，也能完美地开发 BLDC 系统。我们有许多易于使用的电机驱动器，它们集成了控制逻辑、栅极驱动器和 FET，以帮助最大限度地缩短开发时间、节省成本并减少 PCB 板空间。 

TI 专有的无传感器控制方案可提供连续正弦驱动。这种集成的电机控制显着降低了通常由于换向而产生的纯音。图 4 显示了 DRV10983 的驱动波形。

图 4：驱动波形

如果我们担心额外的开关电源成本，只需将我们之前的开关电源级别从 5W 或 10W 升级到 35W；成本增加相当有限。系统级成本更便宜，因为更小的电机和驱动器 IC 比高压解决方案更便宜。