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史上最全無刷電機(jī)干貨講解

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發(fā)表于 2024-8-12 07:39:00 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式

- N" C9 Q8 U6 k4 X6 T7 d# c3 }點(diǎn)擊上方名片關(guān)注了解更多, s4 k: v; x3 v+ _- g8 u
  _9 P& R7 Q) ~. b- q, c
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我們常用的無刷電機(jī)里面究竟有些什么技術(shù)、如何解釋那些專業(yè)名詞、以及各種參數(shù)和設(shè)備之間究竟有什么區(qū)別和聯(lián)系呢?
# O. c0 {. s1 e- m3 O無刷電機(jī)的基本概念
3 @* |2 W. C4 M8 F7 J' X! T% j根據(jù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理,我們可以將電機(jī)分為有刷電機(jī)、內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)和外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)。
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有刷電機(jī):我們也稱為直流電機(jī)或者碳刷電機(jī),是歷史最悠久的電機(jī)類型,也是目前數(shù)量最多的電機(jī)類型。電機(jī)工作時(shí),線圈和換向器旋轉(zhuǎn),磁鋼和碳刷不轉(zhuǎn),線圈電流方向的交替變化是隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的換相器和電刷來完成的。這種電機(jī)具有造價(jià)相對(duì)較低、扭力高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。不過由于結(jié)構(gòu)限制,所以缺點(diǎn)也比較明顯:1、機(jī)械換向產(chǎn)生的火花引起換向器和電刷摩擦、電磁干擾、噪聲大、壽命短。2、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差、故障多,需要經(jīng)常維護(hù)。3、由于換向器存在,限制了轉(zhuǎn)子慣量的進(jìn)一步下降,影響了動(dòng)態(tài)性能。所以在模界主要應(yīng)用于速度較慢和對(duì)震動(dòng)不敏感的車模、船模上面,航模很少采用有刷電機(jī)。% c2 n, Z3 i+ T5 X1 `
3 [1 l" P- |' B& S2 f1 Q
. B& ?; q/ Q1 ?. L8 i
無刷電機(jī):這是模界中除了有刷電機(jī)以外用的最多的一種電機(jī),無刷直流電機(jī)不使用機(jī)械的電刷裝置,采用方波自控式永磁同步電機(jī),以霍爾傳感器取代碳刷換向器,以釹鐵硼作為轉(zhuǎn)子的永磁材料,性能上相較一般的傳統(tǒng)直流電機(jī)有很大優(yōu)勢(shì)。具有高效率、低能耗、低噪音、超長(zhǎng)壽命、高可靠性、可伺服控制、無級(jí)變頻調(diào)速等優(yōu)點(diǎn),至于缺點(diǎn)嘛……就是比有刷的貴、不好維護(hù),廣泛應(yīng)用于航模、高速車模和船模。
  x' l) _: u/ M( ]不過,單個(gè)的無刷電機(jī)不是一套完整的動(dòng)力系統(tǒng),無刷基本必須通過無刷控制器也就是電調(diào)的控制才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)不斷的運(yùn)轉(zhuǎn)。普通的碳刷電機(jī)旋轉(zhuǎn)的是繞組,而無刷電機(jī)不論是外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)還是內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的都是磁鐵。所以任何一個(gè)電機(jī)都是由定子和轉(zhuǎn)子共同構(gòu)成的。: _# n& q) ]. N! F9 A2 P( C; s
無刷電機(jī)的定子是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的部分,能夠支撐轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn),主要由硅鋼片、漆包線、軸承、支撐件構(gòu)成;而轉(zhuǎn)子則是黏貼釹鐵硼磁鐵,在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的部件,主要由轉(zhuǎn)軸、磁鐵、支持件構(gòu)成。除此之外,定子與轉(zhuǎn)子組成的磁極對(duì)數(shù)還影響著電機(jī)的轉(zhuǎn)速與扭力。
; m# E* @7 }- {2 v" k: S無刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)2 s' ^$ N* i# E! K( ?
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無刷電機(jī)的前蓋、中殼、后蓋主要是整體結(jié)構(gòu)件,起到構(gòu)建電機(jī)整體結(jié)構(gòu)的作用。但是外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)的外殼同時(shí)也是磁鐵的磁路通路,所以外殼必須是導(dǎo)磁性的物質(zhì)構(gòu)成。內(nèi)轉(zhuǎn)子的外殼只是結(jié)構(gòu)件,所以不限定材質(zhì)。但是內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)比外轉(zhuǎn)子電機(jī)多一個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯,這個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯的作用同樣也是起到磁路通路的作用。6 f+ t# C3 l1 H, z( x# k3 i" @* _
磁鐵:是安裝在轉(zhuǎn)子上,是無刷電機(jī)的重要組成部分,無刷電機(jī)的絕大部分性能參數(shù)都與磁鐵相關(guān),包括功率、轉(zhuǎn)速、扭矩等。
1 b: ^+ o) S/ o/ b5 J% t# g硅鋼片:是有槽無刷電機(jī)的重要組成部分,當(dāng)然,無槽無刷電機(jī)是沒有硅鋼片的,但是目前絕大多數(shù)的無刷電機(jī)都是有槽的。它在整個(gè)系統(tǒng)中的作用主要是降低磁阻、參與磁路運(yùn)轉(zhuǎn)。' H$ k4 R+ m( A8 ]% t
轉(zhuǎn)軸:是電機(jī)轉(zhuǎn)子的直接受力部分,轉(zhuǎn)軸的硬度必須能滿足轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)的要求。) T3 b# k' K. U- S/ l3 T
軸承:是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)順暢的保證,軸承可以分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承,而滾動(dòng)軸承又可以細(xì)分為深溝球軸承、滾針軸承和角接觸軸承等十大類,而目前大多數(shù)的無刷電機(jī)都是采用深溝球軸承。
1 G3 j/ `# f/ F& y; X直流無刷電機(jī)的工作原理5 l. F3 A+ E. @. [/ X

! N" S7 B; r, |2 d( @3 N直流無刷電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)由轉(zhuǎn)子、定子和位置傳感器三部分等組成。位置傳感按轉(zhuǎn)子位置的變化,沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流進(jìn)行換流(即檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)定子繞組的位置,并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號(hào),經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路處理后去控制功率開關(guān)電路,按一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行繞組電流切換)。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供。
  J" F. S/ L. x, p2 C位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型- u- {! `- }; e; ?2 B8 \
采用磁敏式位置傳感器的直流無刷電動(dòng)機(jī),其磁敏傳感器件(例如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏詁極管、磁敏電阻器或?qū)S眉呻娐返?裝在定子組件上,用來檢測(cè)永磁體、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化。
; Z. a$ r- U; d1 {: }2 Y采用光電式位置傳感器的直流無刷電動(dòng)機(jī),在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件,轉(zhuǎn)子上裝有遮光板,光源為發(fā)光二極管或小燈泡。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí),由于遮光板的作用,定子上的光敏元器件將會(huì)按一定頻率間歇間生脈沖信號(hào)。
' u8 W& W- Y& N+ i: R$ ^采用電磁式位置傳感器的無刷直流電動(dòng)機(jī),是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件(例如耦合變壓器、接近開關(guān)、LC諧振電路等),當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時(shí),電磁效應(yīng)將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號(hào)(其幅值隨轉(zhuǎn)子位置而變化)。
  {8 ^7 _2 q0 M9 R" ^簡(jiǎn)單而言,直流無刷電機(jī)就是依靠改變輸入到無刷電機(jī)定子線圈上的電流波交變頻率和波形,在繞組線圈周圍形成一個(gè)繞電機(jī)幾何軸心全轉(zhuǎn)的磁場(chǎng),這個(gè)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子上的永磁磁鋼轉(zhuǎn)動(dòng),電機(jī)就轉(zhuǎn)起來了,電機(jī)的性能和磁鋼數(shù)量、磁鋼磁通強(qiáng)度、電機(jī)輸入電壓大小等因素有關(guān),更與無刷電機(jī)的控制性能有很大關(guān)系,因?yàn)檩斎氲氖侵绷麟,電流需要電子調(diào)速器將其變成3相交流電,還需要從遙控器接收機(jī)那里接收控制信號(hào),控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,以滿足模型使用需要。/ q; r3 m$ {3 W, l$ f3 E$ @! `  K
總的來說,無刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)是比較簡(jiǎn)單的,真正決定其使用性能的還是無刷電子調(diào)速器(也就是電調(diào)),好的電調(diào)需要有單片機(jī)控制程序設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、復(fù)雜加工工藝等過程的總體控制,所以一般來說價(jià)格要比無刷電機(jī)高出很多。8 q% Y5 c. S1 l. f1 ]- x
首先給大家復(fù)習(xí)幾個(gè)基礎(chǔ)定則:左手定則、右手定則、右手螺旋定則。別懵逼,我下面會(huì)給大家解釋。
" |% U0 b" d" M: t5 i# I1 l3 s左手定則,這個(gè)是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)受力分析的基礎(chǔ),簡(jiǎn)單說就是磁場(chǎng)中的載流導(dǎo)體,會(huì)受到力的作用。
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: H, `2 r8 P. F7 f! d: }0 m5 o讓磁感線穿過手掌正面,手指方向?yàn)殡娏鞣较,大拇指方向(yàn)楫a(chǎn)生磁力的方向,我相信喜歡玩模型的人都還有一定物理基礎(chǔ)的哈哈。% `0 U1 s0 Y# ^$ m$ {
右手定則,這是產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的基礎(chǔ),跟左手定則的相反,磁場(chǎng)中的導(dǎo)體因受到力的牽引切割磁感線產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。3 d# o" O) U* A! k- t* K: M3 [
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讓磁感線穿過掌心,大拇指方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)方向,手指方向?yàn)楫a(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)方向。為什么要講感生電動(dòng)勢(shì)呢?不知道大家有沒有類似的經(jīng)歷,把電機(jī)的三相線合在一起,用手去轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)阻力非常大,這就是因?yàn)樵谵D(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)過程中產(chǎn)生了感生電動(dòng)勢(shì),從而產(chǎn)生電流,磁場(chǎng)中電流流過導(dǎo)體又會(huì)產(chǎn)生和轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的力,大家就會(huì)感覺轉(zhuǎn)動(dòng)有很大的阻力。不信可以試試。8 `. t  P: I4 [+ h7 H! x7 Q
3 B+ [! M! L3 D4 u% x, T4 G
三相線分開,電機(jī)可以輕松轉(zhuǎn)動(dòng)
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三相線合并,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)阻力非常大$ t3 {- H, I# i8 \8 W  ?
右手螺旋定則,用右手握住通電螺線管,使四指彎曲與電流方向一致,那么大拇指所指的那一端就是通電螺旋管的N極。
* k6 G7 T& _+ s+ i8 X. n
6 x# G* R1 m! u/ W) v- g& h這個(gè)定則是通電線圈判斷極性的基礎(chǔ),紅色箭頭方向即為電流方向。5 N9 S* U7 C3 `, u& M4 o6 Z
看完了三大定則,我們接下來先看看電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的基本原理。
7 z: u0 G, B6 O* _4 s第一部分:直流電機(jī)模型
# j2 n7 z. x  I- b我們找到一個(gè)中學(xué)物理學(xué)過的直流電機(jī)的模型,通過磁回路分析法來進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的分析。
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" j% a, E. c4 C( U. Z狀態(tài)13 l2 X$ m, ^  C; t9 p
當(dāng)兩頭的線圈通上電流時(shí),根據(jù)右手螺旋定則,會(huì)產(chǎn)生方向指向右的外加磁感應(yīng)強(qiáng)度B(如粗箭頭方向所示),而中間的轉(zhuǎn)子會(huì)盡量使自己內(nèi)部的磁感線方向與外磁感線方向保持一致,以形成一個(gè)最短閉合磁力線回路,這樣內(nèi)轉(zhuǎn)子就會(huì)按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了。
  Z( \  ]( C; W當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向與外部磁場(chǎng)方向垂直時(shí),轉(zhuǎn)子所受的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩最大。注意這里說的是“力矩”最大,而不是“力”最大。誠(chéng)然,在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與外部磁場(chǎng)方向一致時(shí),轉(zhuǎn)子所受磁力最大,但此時(shí)轉(zhuǎn)子呈水平狀態(tài),力臂為0,當(dāng)然也就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)了。補(bǔ)充一句,力矩是力與力臂的乘積。其中一個(gè)為零,乘積就為零了。
$ k. @4 i0 g* a6 k3 c  |7 b* A# ^& z當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到水平位置時(shí),雖然不再受到轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的作用,但由于慣性原因,還會(huì)繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),這時(shí)若改變兩頭螺線管的電流方向,如下圖所示,轉(zhuǎn)子就會(huì)繼續(xù)順時(shí)針向前轉(zhuǎn)動(dòng),# @2 P+ f/ h5 q1 X0 c1 M( k% o

7 v/ U: \/ w  h; F' s6 B" L6 q$ P5 w狀態(tài)2& X5 D' }6 e/ f( m
如此不斷改變兩頭螺線管的電流方向,內(nèi)轉(zhuǎn)子就會(huì)不停轉(zhuǎn)起來了。改變電流方向的這一動(dòng)作,就叫做換相。補(bǔ)充一句:何時(shí)換相只與轉(zhuǎn)子的位置有關(guān),而與其他任何量無直接關(guān)系。
: z- w1 \; a5 L" ~* c- B第二部分:三相二極內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)% g- F1 @( J+ @. ?
一般來說,定子的三相繞組有星形聯(lián)結(jié)方式和三角聯(lián)結(jié)方式,而“三相星形聯(lián)結(jié)的二二導(dǎo)通方式”最為常用,這里就用該模型來做個(gè)簡(jiǎn)單分析。
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上圖顯示了定子繞組的聯(lián)結(jié)方式(轉(zhuǎn)子未畫出假想是個(gè)二極磁鐵),三個(gè)繞組通過中心的連接點(diǎn)以“Y”型的方式被聯(lián)結(jié)在一起。整個(gè)電機(jī)就引出三根線A,B, C。當(dāng)它們之間兩兩通電時(shí),有6種情況,分別是AB, AC, BC, BA, CA,CB注意這是有順序的。( A. D. ~& ?8 u- g. V) T
下面我看第一階段:AB相通電
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  ~5 G& w! k0 [$ {! f
當(dāng)AB相通電,則A極線圈產(chǎn)生的磁感線方向如紅色箭頭所示,B極產(chǎn)生的磁感線方向如圖藍(lán)色箭頭所示,那么產(chǎn)生的合力方向即為綠色箭頭所示,那么假設(shè)其中有一個(gè)二極磁鐵,則根據(jù)“中間的轉(zhuǎn)子會(huì)盡量使自己內(nèi)部的磁感線方向與外磁感線方向保持一致”則N極方向會(huì)與綠色箭頭所示方向重合。至于C,暫時(shí)沒他什么事。8 G+ t3 p6 ^) Z3 w: b: S! H4 i, J
第二階段:AC相通電9 J2 Y( m- ]6 O4 M, r' D

& \7 q- j% g% `1 y  a1 y( x第三階段:BC相通電
' b; ~' D$ b3 m$ [
% |; N8 F6 m2 z9 o1 B9 D第三階段:BA相通電9 ~, E& t( k+ k7 ?
' i) S) r3 p3 q2 P
為了節(jié)省篇幅,我們就不一一描述CA\CB的模型,大家可以自己類推一下。以下為中間磁鐵(轉(zhuǎn)子)的狀態(tài)圖:
) t( q# ~; U, G9 W. l+ E9 y8 G / U! G$ n8 K; y- m' J0 x$ j
每個(gè)過程轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)60度: d  X* A! B  K& f) f8 w* D

! A9 c. j4 t( J2 S1 e4 s4 c5 i六個(gè)過程即完成了完整的轉(zhuǎn)動(dòng),其中6次換相。
, Y3 h$ ^+ R8 K7 O第三部分:三相多繞組多極內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)我們?cè)賮砜匆粋(gè)復(fù)雜點(diǎn)的,圖(a)是一個(gè)三相九繞組六極(三對(duì)極)內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī),它的繞組連線方式見圖 (b)。從圖(b)可見,其三相繞組也是在中間點(diǎn)連接在一起的,也屬于星形聯(lián)結(jié)方式。一般而言,電機(jī)的繞組數(shù)量都和永磁極的數(shù)量是不一致的(比如用9繞組6極,而不是6繞組6極),這樣是為了防止定子的齒與轉(zhuǎn)子的磁鋼相吸對(duì)齊。7 D, x! _' }! `

( K9 V9 Q+ G) ?3 _其運(yùn)動(dòng)的原則是:轉(zhuǎn)子的N極與通電繞組的S極有對(duì)齊的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),而轉(zhuǎn)子的S極與通電繞組的N極有對(duì)齊的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。
2 k6 G$ F/ X5 V即為S與N相互吸引,注意跟之前的分析方法有一定的區(qū)別。
6 ]* r% W% f8 h9 Q: S3 \好吧,還是再幫大家分析一下吧,+ S) i' q5 ^. }$ z4 N9 T# \% y
第一階段:AB相通電$ n; p1 Q; A& B, y" E& g' Y6 |+ z
9 @+ q: s  z6 u( W
第二階段:AC相通電/ V2 \! {' i' Z3 [1 Q) h( a
3 h/ d; o. Z# K* R  R" l( ]
第三階段:BC相通電' K1 v8 n$ h3 _- R: }

* e1 x* I& r- x$ |! M第四階段:BA通電" N9 h9 M9 r" `5 {1 ?

  x( ?6 e% \" M7 y+ q第五階段:CA通電; t/ e0 ^. {  b" k% K6 ~; n

/ Y* z# b" H, @3 G" ~* }% K# [第六階段:CB通電
; a% d* [" r9 k" x1 j6 @, g6 Q: G: E
* l1 v* M$ ]8 Q$ S9 t. p) q以上為六個(gè)不同的通電狀態(tài),其中經(jīng)歷了五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過程。每個(gè)過程為20度。
& _7 ^. A1 R7 C1 y8 M# e, A6 @% V+ G/ m1 j) K/ S3 n
第四部分:外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)
' O8 M" J8 V$ A) _* S% `看完了內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu),我們來看外轉(zhuǎn)子的。其區(qū)別就在于,外轉(zhuǎn)子電機(jī)將原來處于中心位置的磁鋼做成一片片,貼到了外殼上,電機(jī)運(yùn)行時(shí),是整個(gè)外殼在轉(zhuǎn),而中間的線圈定子不動(dòng)。外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)較內(nèi)轉(zhuǎn)子來說,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要大很多(因?yàn)檗D(zhuǎn)子的主要質(zhì)量都集中在外殼上),所以轉(zhuǎn)速較內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)要慢,通常KV值在幾百到幾千之間。也是航模主要運(yùn)用的無刷電機(jī)   % A3 R0 u3 J* ]+ S. ~: d" P
順便啰嗦一下吧。無刷電機(jī)KV值定義為:轉(zhuǎn)速/V,意思為輸入電壓每增加1伏特,無刷電機(jī)空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加的轉(zhuǎn)速值。比如說,標(biāo)稱值為1000KV的外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī),在11伏的電壓條件下,最大空載轉(zhuǎn)速即為:11000rpm(rpm的含義是:轉(zhuǎn)/分鐘)。
3 m* c. ]6 f$ g同系列同外形尺寸的無刷電機(jī),根據(jù)繞線匝數(shù)的多少,會(huì)表現(xiàn)出不同的KV特性。繞線匝數(shù)多的,KV值低,最高輸出電流小,扭力大;繞線匝數(shù)少的,KV值高,最高輸出電流大,扭力小。我先前測(cè)試過穿越機(jī)2204電機(jī)的極限電流,單電機(jī)能彪上25A,而2212系列電機(jī)15A都上不了。
5 k7 @; E) D7 o& o- f) b5 n外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu):2 ]2 m9 a8 B7 Q' [# F1 p
& ~9 i* |) @( h# o# a. U
分析方法也和內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)類似,大家可以自己分析一下,根據(jù)右手螺旋定理判斷線圈的N/S極,轉(zhuǎn)子永磁體的N極與定子繞組的S極有對(duì)齊(吸引)的趨勢(shì),轉(zhuǎn)子永磁體的S極與定子繞組的N極有對(duì)齊(吸引)的趨勢(shì),從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
8 `1 w1 g( W8 _+ n經(jīng)典無刷電機(jī)22121000kv電機(jī)結(jié)構(gòu)分析。
1 G# ]# P/ F. Y5 n( |9 M& S7 J% l& a* y8 C0 j# g
圖為DJI2312S電機(jī)和XXD2212電機(jī)的(解剖圖)
% B5 _5 z" |6 {3 c3 x其結(jié)構(gòu)如下:定子繞組固定在底座上,轉(zhuǎn)軸和外殼固定在一起形成轉(zhuǎn)子,插入定子中間的軸承。! i  ]3 M. _: t

7 {$ y9 \2 V' P; G圖為xxd2212線圈拆解圖! m/ J  S' k( q  v0 i! C! }

' }1 B- D( J" @6 a+ r4 o' \( t圖為12繞組14極(即7對(duì)極),電機(jī)繞組繞發(fā)圖。
7 l) W& x" o4 m- }2 p+ Z2 ^7 ~后面畫出了6種兩相通電的情形,可以看出,盡管繞組和磁極的數(shù)量可以有許多種變化,但從電調(diào)控制的角度看,其通電次序其實(shí)是相同的,也就是說,不管外轉(zhuǎn)子還是內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī),都遵循AB->AC->BC->BA->CA->CB的順序進(jìn)行通電換相。
2 T+ E- r$ X. A當(dāng)然,如果你想讓電機(jī)反轉(zhuǎn)的話,電子方法是按倒過來的次序通電;物理方法直接對(duì)調(diào)任意兩根線,假設(shè)A和B對(duì)調(diào),那么順序就是BA->BC->AC->AB->CB->CA,大家有沒有發(fā)現(xiàn)這里順序就完全倒過來了。
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' G5 B% `$ \8 _  W3 hAB相通電2 W' [4 h: Y$ x( M7 t4 }2 a
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AC相通電
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BC相通電9 J4 ]- j! R6 F/ r) P( T

3 }* h. [5 L5 }" UBA相通電: `# f" s5 Q# f' c% J7 c0 Y
: u/ \; t7 }' q# e3 i* {. j
CA相通電
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% g6 P6 ~, n) J" O0 W, N& F' r+ x2 xCB相通電
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/ f3 h6 r, y6 W- S要說明一下的是,由于每根引出線同時(shí)接入兩個(gè)繞組,所以電流是分兩路走的。這里為使問題盡量簡(jiǎn)單化,下面幾個(gè)圖中只畫出了主要一路的電流方向,還有一路電流未畫出,另一路電流的具體情況放在后面進(jìn)行分析,涉及到電路檢測(cè)換相位置。2 {6 e8 B& ?0 X5 x% n9 q; n6 V; J
無刷電機(jī)中的專業(yè)名詞
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+ I' v- j4 h0 m1 A  c額定電壓:也就是無刷電機(jī)適合的工作電壓,其實(shí)無刷電機(jī)適合的工作電壓非常廣,額定電壓是指定了負(fù)載條件而得出的情況。例如說,2212-850KV電機(jī)指定了1045螺旋槳的負(fù)載,其額定工作電壓就是11V。如果減小負(fù)載,例如帶7040螺旋槳,那這個(gè)電機(jī)完全可以工作在22V電壓下。但是這個(gè)工作電壓也不是無限上升的,主要受制于電子控制器支持的最高頻率。所以說,額定工作是由工作環(huán)境決定的。. A( M! j  ~. }1 g: D  K
KV值:有刷直流電機(jī)是根據(jù)額定工作電壓來標(biāo)注額定轉(zhuǎn)速的,無刷電機(jī)引入了KV值的概念,而讓用戶可以直觀的知道無刷電機(jī)在具體的工作電壓下的具體轉(zhuǎn)速。實(shí)際轉(zhuǎn)速=KV值*工作電壓,這就是KV的實(shí)際意義,就是在1V工作電壓下每分鐘的轉(zhuǎn)速。無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電壓呈正比關(guān)系,電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)隨著電壓上升而線性上升。例如,2212-850KV電機(jī)在10V電壓下的轉(zhuǎn)速就是:850*10=8500RPM(RPM,每分鐘轉(zhuǎn)速)。
! W' \$ w' i0 Y8 D# }+ I- b  ^* h轉(zhuǎn)矩:(力矩、扭矩)電機(jī)中轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的可以用來帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載的驅(qū)動(dòng)力矩,我們可以理解電機(jī)的力量。- Y3 e2 z) U! d& F4 o
轉(zhuǎn)速:電機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速,一般用RPM表示。9 g8 M& ^! I! g$ h2 m
最大電流:電機(jī)能夠承受并安全工作的最大電流  I2 @0 B* O5 h9 M, p6 F
最大功率:電機(jī)能夠承受并安全工作的最大功率 功率=電壓*電流
/ Y  L' P* B4 B5 J! }無刷電機(jī)功率和效率
1 \1 B4 S: ?7 ]5 M& _  X. P. B我們可以簡(jiǎn)單的理解為電機(jī)輸出功率=轉(zhuǎn)速*扭矩,在同等的功率下,轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速是一個(gè)此消彼長(zhǎng)的關(guān)系,即同一個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速越高,必定其轉(zhuǎn)矩越低,相反也依然。不可能要求個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也更高,轉(zhuǎn)矩也更高,這個(gè)規(guī)律通用于所有電機(jī)。例如:2212-850KV電機(jī),在11V的情況下可以帶動(dòng)1045槳,如果將電壓上升一倍,其轉(zhuǎn)速也提高一倍,如果此時(shí)負(fù)載仍然是1045槳,那該電機(jī)將很快因?yàn)殡娏骱蜏囟鹊募眲∩仙鵁龤А?br /> 8 v" ]' R. U* |: h& `  U3 E每個(gè)電機(jī)都有自己的力量上限,最大功率就是這個(gè)上限,如果工作情況超過了這個(gè)最大功率,就會(huì)導(dǎo)致電機(jī)高溫?zé)龤。?dāng)然,這個(gè)最大功率也是指定了工作電壓情況下得出的,如果是在更高的工作電壓下,合理的最大功率也將提高。這是因?yàn)椋篞=I2R,導(dǎo)體的發(fā)熱與電流的平方是正比關(guān)系,在更高的電壓下,如果是同樣的功率,電流將下降導(dǎo)致發(fā)熱減少,使得最大功率增加。這也解釋了為什么在專業(yè)的航拍飛行器上,大量使用22.2V甚至30V電池來驅(qū)動(dòng)多軸飛行器,高壓下的無刷電機(jī),電流小、發(fā)熱小、效率更高。& n( h5 c0 D4 o* S0 @
經(jīng)常有人問:2208 1000KV和2216 1000KV有什么不同,都是1000KV,不是都一樣嗎?呵呵,差別可大了。
5 v1 a  x# r) d3 b在電機(jī)直徑、KV值都一樣的情況下,電機(jī)更高的電機(jī)自然功率越大,功率越大的電機(jī)自然能夠帶動(dòng)的負(fù)載越大。好比一個(gè)男人100斤,一個(gè)男人160斤,你讓他們?nèi)ケ骋淮?0斤的大米,100斤的男人雖然說稍稍有點(diǎn)吃力但也能背,160斤的男人覺得是小菜。但,如果是讓他們背兩袋米呢?160斤的男人咬咬牙也背起來了,100斤的男人恐怕腰都直不起來,這就是他們的差異。對(duì)于電機(jī)來說,工作越輕松,效率越高,利用前面的理論就是,鐵耗也低銅耗也低。6 K' [6 a/ q" [3 r
記住這個(gè)公式(劃重點(diǎn)):扭矩與電流的平方成正比
% I( T' X+ |: x* v: [4 E8 q# ]' o6 o0 s隨著電機(jī)工作的越來越累,它的效率會(huì)迅速的降低。所以說選擇多軸電機(jī),必須選擇合適功率電機(jī)以及與他搭配的螺旋槳,讓電機(jī)工作在相對(duì)輕松的狀態(tài),一般來說懸停時(shí)工作功率是最大功率的30-45%之間比較好。不可小牛拉大車,也不能大牛拉小車。
+ m2 k& k  B! {9 `/ A無刷電機(jī)電壓與效率的關(guān)系2 p* K( d1 v8 ?$ G
先上兩個(gè)公式:/ p  c* R# h0 h% }
1、功率=電壓*電流0 g! K8 p$ O& ?# H/ H
2、發(fā)熱量=電流的平方*電阻9 N' @0 l. X( N% ~' P- P6 O
由公式得出兩個(gè)結(jié)論:在同功率下,電壓越高電流越小,并推出:在同功率下,電壓越高發(fā)熱量越小。最后得出結(jié)論:同一個(gè)飛行器,使用的電壓越高,電流越小并且發(fā)熱越少,效率越高。
$ M7 o2 g0 i! @4 `. ^# Z4 w: I現(xiàn)在知道為什么高壓電線要上100KV甚至220KV、550KV(這個(gè)KV是千伏)的高電壓了吧。
# `) o/ x! A1 r5 z2 z當(dāng)然,飛行器是需要電池進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的,準(zhǔn)確的說是鋰電池,鋰電池的片數(shù)自然取決于電池的大小,越大的電池自然能做的越高電壓。所以在電壓這方面,其實(shí)我們能做的并不多,因?yàn)槭袌?chǎng)上的電池很多都是系列化的,比如說450這樣的機(jī)型,你可以去找450直升機(jī)的6S電池,但是價(jià)格很高,而且需要的電調(diào)價(jià)格也要高一些。所以在電壓這方面我們應(yīng)該做的就是:盡量避免大機(jī)型用低壓電池,那樣會(huì)造成工作電流相對(duì)高一些,從而銅耗較大。同時(shí),也要避免小型飛機(jī)用高壓電池,那樣電池的重量太大。% B9 ?7 P9 Z0 V9 M% e$ x
關(guān)于無刷電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)
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* Y) z2 ?5 \1 C2 \+ g) y# m磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度又稱同步轉(zhuǎn)速,它與三相電流的頻率和磁極對(duì)數(shù)p有關(guān)。若定子繞組,在任一時(shí)刻合成的磁場(chǎng)只有一對(duì)磁極(磁極對(duì)數(shù)p=1),即只有兩個(gè)磁極,對(duì)只有一對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而言,三相電流變化一周,合成磁場(chǎng)也隨之旋轉(zhuǎn)一周,如果是50hz的交流電,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速就是50轉(zhuǎn)/秒或3000轉(zhuǎn)/分,在工程技術(shù)中,常用轉(zhuǎn)/分(r/min)來表示轉(zhuǎn)速。如果定子繞組合成的磁場(chǎng)有兩對(duì)磁極(磁極對(duì)數(shù)p=2),即有四個(gè)磁極,可以證明,電流變化一個(gè)周期,合成磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)180度,由此可以推廣得出:p對(duì)磁極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每分鐘的同步轉(zhuǎn)速為n=60f/p。- k' F" h$ r) e+ n, g' j( x7 m
當(dāng)磁極對(duì)數(shù)一定時(shí),如果改變交流電的頻率,則可改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速,這就是變頻調(diào)速的基本原理。由于電機(jī)的磁極是成對(duì)出現(xiàn)的,所以也常用極對(duì)數(shù)表示。
( \9 i" K9 T5 B5 X  N4 l* i- I關(guān)于無刷電機(jī)的磁鐵
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: O5 `2 e- Z1 [6 E. C" q/ u; `2 z3 X模界的無刷電機(jī)幾乎100%用的“磁王”——釹鐵硼磁鐵,用磁王來形容釹鐵硼磁鐵是當(dāng)之無愧的,釹鐵硼磁鐵是我們生活中常見的黑乎乎的鐵氧體磁鐵磁性的3倍!當(dāng)然了,價(jià)格更是鐵氧體磁鐵的10倍以上。無刷電機(jī)終歸屬于永磁電機(jī),而永磁電機(jī)的功率、特點(diǎn)等特性完全取決于磁鐵;究梢哉f吧,磁鐵的體積與牌號(hào)決定了電機(jī)的最大功率。
; F9 v" t+ v+ ?7 r另外還有磁鐵形狀上的差異,如果拆開一些廉價(jià)的電機(jī)你就會(huì)有一個(gè)發(fā)現(xiàn),絕大部分的磁鐵形狀都是方片行。方片形的磁鐵加工簡(jiǎn)單,價(jià)格相對(duì)便宜,自然成了追求成本電機(jī)的最佳選擇。而很多品牌電機(jī)選擇了弧形磁鐵,弧形可以保證磁鐵和硅鋼片的氣隙一直保持一致,似乎功率上和效率上都勝過了方形磁鐵一籌。但是,在拆開一些電機(jī)也發(fā)現(xiàn)了被稱之為面包型的磁鐵,他們能夠和鐵殼完整的貼合在一起,和硅鋼片的距離卻是和方形磁鐵一樣,都不是一致的。關(guān)于這種磁鐵,在請(qǐng)教了一些業(yè)內(nèi)人士,他們確信這種磁鐵比弧形磁鐵效果還要更佳,在此不做結(jié)論。3 M6 W8 t2 X, {; D# D  j/ X
不過還有一種情況采用方形磁鐵其實(shí)也是可以的,在多槽數(shù)多極數(shù)的無刷電機(jī)(比如說36槽42極電機(jī)),基本都是采用了方形磁鐵,這是因?yàn)殍F殼直徑很大,方形磁鐵也能很好的和鐵殼粘合,并且和硅鋼片的氣隙也很均勻。" z# G$ \/ b+ l1 ~$ [9 R: T
關(guān)于無刷電機(jī)的硅鋼片. P2 }! H  \  d2 I& a$ N
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其實(shí)初中讀電磁學(xué)的時(shí)候,我經(jīng)常想的問題是,電機(jī)為什么需要硅鋼片呢?不是說通電的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中就能產(chǎn)生作用嗎?那為什么還需要硅鋼片呢。后來我想了很久很久終于得出一個(gè)結(jié)論,那就是搞設(shè)計(jì)的人不會(huì)比你傻!# d0 C' ?: a% b- u) Y+ P
空氣是弱導(dǎo)磁的,但鐵是導(dǎo)磁的,硅鋼片的作用就是把磁鐵的磁路引導(dǎo)過來并形成回路,這就需要電機(jī)磁阻(大家把它等同理解為電阻即可)比較小。但是大家都看見了,為什么定子上面怎么都是一片一片構(gòu)成的呢?
, a; r( M+ f+ R0 `/ h* `6 _大家知道電磁爐的原理嗎?為什么鐵鍋放上電磁爐上面就會(huì)發(fā)熱?其實(shí)這就是因?yàn)?----類似于鐵的材料放在快速變化的電磁場(chǎng)中(大家想想交流電吧,那個(gè)電是瞬間飛來飛去,不像直流電永遠(yuǎn)是正極到負(fù)極)會(huì)產(chǎn)生渦流損耗而發(fā)熱,并且頻率越高發(fā)熱量越大。硅鋼片處在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)當(dāng)中,就是和那放在電磁爐上的鐵鍋一樣遇到了同樣的問題,解決的辦法就是往鋼里添加硅并且做成薄片,理論上越薄的硅鋼片產(chǎn)生的渦流損耗就越小。
0 T' r% |* i! e; a" J7 v所以大家是不是明白了普通的固定翼電機(jī)大都是比較厚的0.35MM硅鋼片,而直升機(jī)和涵道機(jī)電機(jī)大都是用0.2MM硅鋼片的原因呢?電機(jī)轉(zhuǎn)速越快,磁場(chǎng)變化越快,那渦流損耗就越大,F(xiàn)在大多數(shù)的多軸電機(jī)都使用了0.2MM單片的硅鋼片,這樣做成的電機(jī)鐵耗就會(huì)更低。4 z6 @6 J! _' D# U4 R+ Z. ~: u! }5 }
相關(guān)小知識(shí):為什么高KV電機(jī)在全油門空轉(zhuǎn)的情況下下會(huì)發(fā)熱很厲害呢?
( f7 F: R/ ^2 ~; \答案是:產(chǎn)生熱量的不是銅線,因?yàn)榇藭r(shí)通過的電流很小。產(chǎn)生熱量的正是渦流損耗和磁滯損耗,因?yàn)榇藭r(shí)電機(jī)完全空載,轉(zhuǎn)速比較高,渦流損耗大,而所有的損耗最后都變成了熱量。
# r1 f. U' O2 E4 F( g! ]7 T) }) h5 A關(guān)于無刷電機(jī)使用與保養(yǎng)
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3 y) Z4 ]' g0 A/ R直流無刷電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成,是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品,并在多個(gè)領(lǐng)域中都得到廣泛的應(yīng)用。用戶在使用直流無刷電機(jī)時(shí)有一些問題也是需要注意的,那么具體使用直流無刷電機(jī)要注意什么呢?
: T& p2 Z0 f" c' e! C(1)在拆卸前,要用壓縮空氣吹凈電機(jī)表面灰塵,并將表面污垢擦拭干凈。; j4 P; x/ L  Q5 J6 u9 A! t: d, `
(2)選擇電機(jī)解體的工作地點(diǎn),清理現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。
: p1 j1 S& N0 L. h# V4 ^6 v9 i(3)熟悉電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和檢修技術(shù)要求。  `" ]2 z0 M; b  E/ v
(4)準(zhǔn)備好解體所需工具(包括專用工具)和設(shè)備。
8 Z# D) J3 ], O, y+ Z(5)為了進(jìn)一步了解電機(jī)運(yùn)行中的缺陷,有條件時(shí)可在拆卸前做一次檢查試驗(yàn)。為此,將電機(jī)帶上負(fù)載試轉(zhuǎn),詳細(xì)檢查電機(jī)各部分溫度、聲音、振動(dòng)等情況,并測(cè)試電壓、電流、轉(zhuǎn)速等,然后再斷開負(fù)載,單獨(dú)做一次空載檢查試驗(yàn),測(cè)出空載電流和空載損耗,做好記錄。2 T5 m- P! E; G* |7 F( B
(6)切斷電源 ,拆除電機(jī)外部接線,做好記錄。
, G- k+ L0 L* \: N/ v(7)選用合適電壓的兆歐表測(cè)試電機(jī)絕緣電阻 。為了跟上次檢修時(shí)所測(cè)的絕緣電阻值相比較以判斷電機(jī)絕緣變化趨勢(shì)和絕緣狀態(tài),應(yīng)將不同溫度下測(cè)出的絕緣電阻值換算到同一溫度,一般換算至75℃。
1 a9 Y5 T; E' R(8)測(cè)試吸收比K。當(dāng)吸收比大于1.33時(shí),表明電機(jī)絕緣不曾受潮或受潮程度不嚴(yán)重。為了跟以前數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,同樣要將任意溫度下測(cè)得的吸收比換算到同一溫度。
! `. N# L' o( a來源:
1 W5 P! r  z2 I* ^/ B2 E) t& i( o: Wblog.sina《迄今最全的無刷電機(jī)工作及控制原理分享》作者:少帥-Z5imx《老司機(jī)帶你全面了解無刷電機(jī)》《EMAX銀燕:一篇文章帶你全面了解無刷電機(jī)》
- |$ r9 o1 F9 J電機(jī)驅(qū)動(dòng)器PCB布局準(zhǔn)則直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)目標(biāo)( u+ y+ }: ?. k8 ~+ F& P
在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)中,主要考慮以下幾點(diǎn):
5 L$ S# o# E/ J功能:電機(jī)是單向還是雙向轉(zhuǎn)動(dòng)?需不需要調(diào)速?對(duì)于單向的電機(jī)驅(qū)動(dòng),只要用一個(gè)大功率三極管或場(chǎng)效應(yīng)管或繼電器直接帶動(dòng)電機(jī)即可,當(dāng)電機(jī)需要雙向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),可以使用由4個(gè)功率元件組成的H橋電路或者使用一個(gè)雙刀雙擲的繼電器。如果不需要調(diào)速,只要使用繼電器即可;但如果需要調(diào)速,可以使用三極管,場(chǎng)效應(yīng)管等開關(guān)元件實(shí)現(xiàn)PWM(脈沖寬度調(diào)制)調(diào)速。) H& w7 P( H6 G4 m5 v

. _3 X# N3 ]& n2 q( p' X8 h/ i2 g* I& X& R' E% u/ O& U
性能:對(duì)于PWM調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,主要有以下性能指標(biāo):( l$ s' w/ k2 H" ~% ^
- 輸出電流和電壓范圍,它決定著電路能驅(qū)動(dòng)多大功率的電機(jī)。
7 b! q( p' u0 U/ g- 效率,高的效率不僅意味著節(jié)省電源,也會(huì)減少驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)熱。要提高電路的效率,可以從保證功率器件的開關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通(H橋或推挽電路可能出現(xiàn)的一個(gè)問題,即兩個(gè)功率器件同時(shí)導(dǎo)通使電源短路)入手。; O2 E! V9 H8 e9 @+ P8 X
- 對(duì)控制輸入端的影響。功率電路對(duì)其輸入端應(yīng)有良好的信號(hào)隔離,防止有高電壓大電流進(jìn)入主控電路,這可以用高的輸入阻抗或者光電耦合器實(shí)現(xiàn)隔離。1 G) f9 n/ m8 S( b3 R9 }( @5 I
- 對(duì)電源的影響。共態(tài)導(dǎo)通可以引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源污染;大的電流可能導(dǎo)致地線電位浮動(dòng)。
- ]7 q; n: M# n- 可靠性。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)該盡可能做到,無論加上何種控制信號(hào),何種無源負(fù)載,電路都是安全的。: A8 S  t" {6 H) O2 e
1. 輸入與電平轉(zhuǎn)換部分:: u; d% p  a& H4 T+ t
輸入信號(hào)線由DATA引入,1腳是地線,其余是信號(hào)線。注意1腳對(duì)地連接了一個(gè)2K歐的電阻。當(dāng)驅(qū)動(dòng)板與單片機(jī)分別供電時(shí),這個(gè)電阻可以提供信號(hào)電流回流的通路。當(dāng)驅(qū)動(dòng)板與單片機(jī)共用一組電源時(shí),這個(gè)電阻可以防止大電流沿著連線流入單片機(jī)主板的地線造成干擾;蛘哒f,相當(dāng)于把驅(qū)動(dòng)板的地線與單片機(jī)的地線隔開,實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)接地”。0 G3 x. g4 F* _* ?4 ~5 G
高速運(yùn)放KF347(也可以用TL084)的作用是比較器,把輸入邏輯信號(hào)同來自指示燈和一個(gè)二極管的2.7V基準(zhǔn)電壓比較,轉(zhuǎn)換成接近功率電源電壓幅度的方波信號(hào)。KF347的輸入電壓范圍不能接近負(fù)電源電壓,否則會(huì)出錯(cuò)。因此在運(yùn)放輸入端增加了防止電壓范圍溢出的二極管。輸入端的兩個(gè)電阻一個(gè)用來限流,一個(gè)用來在輸入懸空時(shí)把輸入端拉到低電平。" s8 `6 y3 I0 ]6 b1 j3 ^1 i
不能用LM339或其他任何開路輸出的比較器代替運(yùn)放,因?yàn)殚_路輸出的高電平狀態(tài)輸出阻抗在1千歐以上,壓降較大,后面一級(jí)的三極管將無法截止! `; s* r7 j; i" J
2. 柵極驅(qū)動(dòng)部分:
; Y9 Y! A0 I5 v/ O5 k5 g7 [( v后面三極管和電阻,穩(wěn)壓管組成的電路進(jìn)一步放大信號(hào),驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管的柵極并利用場(chǎng)效應(yīng)管本身的柵極電容(大約1000pF)進(jìn)行延時(shí),防止H橋上下兩臂的場(chǎng)效應(yīng)管同時(shí)導(dǎo)通(“共態(tài)導(dǎo)通”)造成電源短路。' F# A$ `' W3 y
當(dāng)運(yùn)放輸出端為低電平(約為1V至2V,不能完全達(dá)到零)時(shí),下面的三極管截止,場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通。上面的三極管導(dǎo)通,場(chǎng)效應(yīng)管截止,輸出為高電平。當(dāng)運(yùn)放輸出端為高電平(約為VCC-(1V至2V),不能完全達(dá)到VCC)時(shí),下面的三極管導(dǎo)通,場(chǎng)效應(yīng)管截止。上面的三極管截止,場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,輸出為低電平。! {1 z8 E* F: `7 c' L
上面的分析是靜態(tài)的,下面討論開關(guān)轉(zhuǎn)換的動(dòng)態(tài)過程:三極管導(dǎo)通電阻遠(yuǎn)小于2千歐,因此三極管由截止轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管柵極電容上的電荷可以迅速釋放,場(chǎng)效應(yīng)管迅速截止。但是三極管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)換到截止時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管柵極通過2千歐電阻充電卻需要一定的時(shí)間。相應(yīng)的,場(chǎng)效應(yīng)管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)換到截止的速度要比由截止轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通的速度快。假如兩個(gè)三極管的開關(guān)動(dòng)作是同時(shí)發(fā)生的,這個(gè)電路可以讓上下兩臂的場(chǎng)效應(yīng)管先斷后通,消除共態(tài)導(dǎo)通現(xiàn)象。
& E2 D( m- O6 A' v" @1 X( C實(shí)際上,運(yùn)放輸出電壓變化需要一定的時(shí)間,這段時(shí)間內(nèi)運(yùn)放輸出電壓處于正負(fù)電源電壓之間的中間值。這時(shí)兩個(gè)三極管同時(shí)導(dǎo)通,場(chǎng)效應(yīng)管就同時(shí)截止了。所以實(shí)際的電路比這種理想情況還要安全一些。0 t7 h( i: z) C) s5 [. k4 d
場(chǎng)效應(yīng)管柵極的12V穩(wěn)壓二極管用于防止場(chǎng)效應(yīng)管柵極過壓擊穿。一般的場(chǎng)效應(yīng)管柵極的耐壓是18V或20V,直接加上24V電壓將會(huì)擊穿,因此這個(gè)穩(wěn)壓二極管不能用普通的二極管代替,但是可以用2千歐的電阻代替,同樣能得到12V的分壓。
' c3 Q1 E0 ~( _2 o) p9 D3.場(chǎng)效應(yīng)管輸出部分:
4 |1 V9 ?; \: `# s! A大功率場(chǎng)效應(yīng)管內(nèi)部在源極和漏極之間反向并聯(lián)有二極管,接成H橋使用時(shí),相當(dāng)于輸出端已經(jīng)并聯(lián)了消除電壓尖峰用的四個(gè)二極管,因此這里就沒有外接二極管。輸出端并聯(lián)一個(gè)小電容(out1和out2之間)對(duì)降低電機(jī)產(chǎn)生的尖峰電壓有一定的好處,但是在使用PWM時(shí)有產(chǎn)生尖峰電流的副作用,因此容量不宜過大。在使用小功率電機(jī)時(shí)這個(gè)電容可以略去。如果加這個(gè)電容的話,一定要用高耐壓的,普通的瓷片電容可能會(huì)出現(xiàn)擊穿短路的故障。
$ e8 q* I7 Q% _/ g7 P輸出端并聯(lián)的由電阻和發(fā)光二極管,電容組成的電路指示電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向.
0 s9 w5 q! |) I- n4.性能指標(biāo):: S. j2 ]1 B/ s; H
電源電壓15~30 V,最大持續(xù)輸出電流5A/每個(gè)電機(jī),短時(shí)間(10秒)可以達(dá)到10A,PWM頻率最高可以用到30KHz(一般用1到10KHz)。電路板包含4個(gè)邏輯上獨(dú)立的,輸出端兩兩接成H橋的功率放大單元,可以直接用單片機(jī)控制。實(shí)現(xiàn)電機(jī)的雙向轉(zhuǎn)動(dòng)和調(diào)速。( i% u+ k# I2 R+ a3 x0 V8 m
5.PCB的布局布線:+ O) ~% a9 d* K; o' R6 e
大電流線路要盡量的短粗,并且盡量避免經(jīng)過過孔,一定要經(jīng)過過孔的話要把過孔做大一些(>1mm)并且在焊盤上做一圈小的過孔,在焊接時(shí)用焊錫填滿,否則可能會(huì)燒斷。另外,如果使用了穩(wěn)壓管,場(chǎng)效應(yīng)管源極對(duì)電源和地的導(dǎo)線要盡可能的短粗,否則在大電流時(shí),這段導(dǎo)線上的壓降可能會(huì)經(jīng)過正偏的穩(wěn)壓管和導(dǎo)通的三極管將其燒毀。在一開始的設(shè)計(jì)中,NMOS管的源極于地之間曾經(jīng)接入一個(gè)0.15歐的電阻用來檢測(cè)電流,這個(gè)電阻就成了不斷燒毀板子的罪魁禍?zhǔn)。?dāng)然如果把穩(wěn)壓管換成電阻就不存在這個(gè)問題了。- ~8 S: p  O' \" N0 F
電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的PCB 需要采用特殊的冷卻技術(shù),以解決功耗問題。印刷電路板 (PCB) 基材(例如 FR-4 環(huán)氧樹脂玻璃)的導(dǎo)熱性較差。相反,銅的導(dǎo)熱性非常出色。因此,從熱管理角度來看,增加 PCB 中的銅面積是一個(gè)理想方案。厚銅箔(例如:2 盎司(68 微米厚))的導(dǎo)熱性優(yōu)于較薄的銅箔。然而,使用厚銅箔的成本較高,并且難以實(shí)現(xiàn)精細(xì)的幾何形狀。
0 D, N; r+ O) [$ @因此,使用 1 盎司(34 微米)銅箔變得很常見。外層通常使用? 盎司到1 盎司的銅箔。多層電路板內(nèi)層使用的固體銅面具有良好的散熱性。然而,由于這些銅面通常都置于電路板疊層的中央,因此熱量會(huì)聚集在電路板內(nèi)部。增加 PCB 外層的銅面積,并經(jīng)由許多通孔連接或“縫接”至內(nèi)層,有助于將熱量轉(zhuǎn)移到內(nèi)層外部。
: D' W+ @3 |4 J: h& e  b, D# R由于存在走線和元件,雙層 PCB 的散熱可能會(huì)更加困難。因此,盡可能多地提供固體銅面,并實(shí)現(xiàn)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 IC 的良好熱連接顯得非常必要。在兩個(gè)外層上都增加覆銅區(qū),并將其與許多通孔連接在一起,有助于由走線和元件分割的各區(qū)域間散熱。7 c) R. ?  U  \9 d. k, F
a、走線寬度:越寬越好
  N! h3 F, h: k1 ~  K* V8 a5 r/ a由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 IC 的進(jìn)出電流較大(在一些情況下超過 10 A),因此應(yīng)謹(jǐn)慎考慮進(jìn)出器件的 PCB 走線寬度。走線越寬,電阻越低。必須調(diào)整走線尺寸,以使走線電阻不會(huì)消耗過多功率,避免導(dǎo)致走線升溫。太小的走線其實(shí)可以作為電熔絲,并且容易燒斷!, X0 m( A- z7 D1 F7 Q) Y! ~
設(shè)計(jì)師通常使用 IPC-2221 標(biāo)準(zhǔn)來確定適當(dāng)?shù)淖呔寬度。這一規(guī)范針對(duì)各種電流電平和允許的溫升提供了顯示銅橫截面積的相應(yīng)圖表,可轉(zhuǎn)換為給定銅層厚度條件下的走線寬度。例如 1 盎司銅層中承載 10 A 電流的走線需要稍寬于 7 mm,以實(shí)現(xiàn) 10℃的溫升。針對(duì) 1-A 電流,走線寬度只需為 0.3 mm。4 u4 ~/ u( t- n0 {8 W6 b. o" d
鑒于此,10 A 電流似乎不可能通過微型 IC 板。
3 p, Z+ d( M5 |' z% o需要理解的是,IPC-2221 中建議的走線寬度適用于等寬長(zhǎng)距離 PCB 走線。如果采用更短的PCB 走線也有可能通過更大得多的電流,且不會(huì)產(chǎn)生任何不良作用。這是因?yàn)槎潭?PCB 走線電阻較小,且產(chǎn)生的任何熱量都將被吸收至更寬的銅區(qū)域,而該區(qū)域則起到了散熱片的作用。
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加寬 PCB 走線,        " r1 q6 {* j; s8 D  t4 l
以使 IC 板能夠更好地處理持續(xù)電流。        & v2 |1 `% ^3 p- c4 h. P* g
參見圖中的示例。盡管該器件的 IC 板只有 0.4 mm 寬,但它們必須承載高達(dá) 3 A 的持續(xù)電流。所以我們需要盡可能地將走線加寬,并靠近器件。
0 T- T5 ?! D4 z& V8 j3 c0 U5 L走線較窄部分產(chǎn)生的任何熱量被傳導(dǎo)至較寬的銅區(qū)域,以使較窄走線的溫升可以忽略不計(jì)。+ m7 S$ w; e; H) L( d! Q
嵌入在 PCB 內(nèi)層的走線無法像外層的走線一樣充分散熱,因?yàn)榻^緣基板的導(dǎo)熱性不佳。為此,內(nèi)層走線應(yīng)設(shè)計(jì)為外層走線的約兩倍寬。( W1 q6 ~' o0 D4 C% B
作為一個(gè)大致的指導(dǎo)方針,下表顯示了電機(jī)驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中較長(zhǎng)走線(超過大約 2 cm)的建議走線寬度。( o( w2 Q3 A/ N' D( ]  U8 W3 j6 p
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如果空間允許,使用更寬走線或覆銅區(qū)的布線可使溫升和壓降達(dá)到最低。7 n) q9 N9 H9 m( z5 F& o' s8 c& I3 u
b、熱通孔:盡可能多地使用
4 B" ^; Q# G  |& D通孔是小型的電鍍孔,通常用于將一根走線從一層穿至另一層。雖然熱通孔采用同樣的方式制成,但卻用于將熱量從一層傳至另一層。適當(dāng)使用熱通孔對(duì)于 PCB 的散熱至關(guān)重要,但是必須考慮幾個(gè)工藝性問題。
8 J; Y* z  e, x8 z0 h6 N( f, F通孔具有熱阻,這意味著當(dāng)熱量流過通孔時(shí),通孔之間會(huì)出現(xiàn)一些溫降,測(cè)量單位為℃/W。為使這一熱阻降至最低,并提高通孔傳輸熱量時(shí)的效率,應(yīng)使用大通孔,且孔內(nèi)應(yīng)含有盡可能多的銅面積。
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. Z! a5 w: [" f! x4 n- ?# ~" Z1 T應(yīng)使用大通孔(圖為通孔的橫截面),且孔內(nèi)應(yīng)含有盡可能多的銅面積,以使熱阻降至最低。        
, Q( M6 ]. s0 l盡管在 PCB 的開口區(qū)域可以使用大通孔,但通孔往往置于 IC 板區(qū)域內(nèi),以直接從 IC 封裝中轉(zhuǎn)移熱量。在這種情況下,無法使用大通孔。這是因?yàn)榇笮偷碾婂兺ǹ卓赡軙?huì)導(dǎo)致“滲錫”,即用于連接 IC 與 PCB 的焊料向下流入通孔中,從而導(dǎo)致焊接點(diǎn)質(zhì)量不佳。
1 u8 K! |# w$ ^1 k, x可以通過幾種方式來減少滲錫。其中一種是使用非常小的通孔,以減少滲入到孔中的焊料量。然而,小型通孔的熱阻更高,因此為實(shí)現(xiàn)相同的熱力性能,需要更多的通孔。/ P1 W/ l: _6 P6 L7 ], ]
另一種技術(shù)是在板的背面為通孔“搭帳篷”。這需要移除板背面阻焊層中的缺口,以使阻焊層材料蓋住通孔。如果通孔較小,阻焊層將塞住通孔;因此,焊料就無法滲透 PCB。$ x( t- w8 s+ w0 G2 s1 A# Q1 R
不過,這可能會(huì)產(chǎn)生另外一個(gè)問題:焊劑聚集。通孔被塞住后,通孔中可能會(huì)聚集焊劑(焊膏的一種成分)。一些焊劑配方可能具有腐蝕性,如不去除,時(shí)間一長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致可靠性問題。不過,現(xiàn)代大多數(shù)免清洗焊劑工藝不具有腐蝕性,且不會(huì)導(dǎo)致問題。
3 }3 P" p& X, V0 [' \( z請(qǐng)注意,熱通孔不得使用熱風(fēng)焊盤,它們必須直接連接至銅區(qū)域。
( ?3 R; V8 O( x) q
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熱通孔應(yīng)直接連接PCB 上的銅區(qū)域。        
( w4 v& @9 h: ]+ a  q4 i( t  N9 h建議 PCB 設(shè)計(jì)人員與表面貼裝技術(shù) (smt) 工藝工程師一起檢查 PCB 組裝件,以選擇適用于該組裝件工藝的最佳通孔尺寸和結(jié)構(gòu),尤其是當(dāng)熱通孔置于 IC 板區(qū)域內(nèi)時(shí)。
6 C  K3 F. Z0 }  B. ^% T' l% G7 V( d, |c、電容的布放/ t* b% j& B5 O+ c! a
電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 IC 的元件布局指南與其他類型的電源 IC 類似。旁路電容器應(yīng)盡可能地靠近器件電源引腳,而大容量電容器則置于其旁邊。許多電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 IC 使用引導(dǎo)和/或電荷泵電容器,其同樣應(yīng)置于 IC 附近。
8 K! @; M9 n) p6 t) M- K
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大多數(shù)信號(hào)直接在頂層路由。電源從大容量電容器路由至底層的旁路和電荷泵電容器,同時(shí)在各層過渡之處使用多個(gè)通孔。
* D* F2 P7 @+ a+ _# FTSSOP 和 QFN 封裝的器件底層有一個(gè)較大的外露式 IC 板。該 IC 板連接至芯片的背面,用于去除器件中的熱量。該 IC 板必須充分焊接至 PCB 上,以消耗功率。8 V+ _) n2 n- t
為沉積該 IC 板的焊膏而使用的模具開口并不一定會(huì)在 IC 數(shù)據(jù)表中詳細(xì)說明。通常,SMT 工藝工程師對(duì)模具上應(yīng)沉積多少焊料以及模具應(yīng)使用何種圖案有其自己的規(guī)則。
( C* z& N( G7 D6 Y' l' _如果使用類似于 IC 板大小的單個(gè)開口,則會(huì)沉積大量焊膏。這樣可能會(huì)因焊料熔化時(shí)的表面張力而導(dǎo)致器件被抬起。另一個(gè)問題是焊料空洞(焊料區(qū)域內(nèi)的空腔或缺口)。在回流焊過程中,焊劑的揮發(fā)性成分蒸發(fā)或沸騰時(shí),就會(huì)出現(xiàn)焊料空洞。這可能會(huì)導(dǎo)致焊料被推出焊接點(diǎn)。+ W& j; A) W# i8 C

% |9 L4 p6 Z  c% W  S為解決這些問題,針對(duì)面積大于約 2 平方毫米的 IC 板,焊膏通常沉積在幾個(gè)小的方形或圓形區(qū)域。將焊膏分成更小的區(qū)域可使焊劑的揮發(fā)性成分更易于逸散出焊膏,而不會(huì)使焊料移位。
0 h1 ?; a) }' W0 V& \, {QFN 封裝的該焊料模有四個(gè)小開口,用于沉積中央IC 板上的焊膏。        5 U% m* _/ ?" P# G& n4 q
SOT-23 和 SOIC 封裝. b/ H1 {: [* }$ Y7 y* [

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標(biāo)準(zhǔn)的引線封裝(如 SOIC 和 SOT-23 封裝)通常用于低功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中。- ^7 k8 }" X) d) E, F* R/ C5 ]# Q
為了充分提高引線封裝的功耗能力,采用“倒裝芯片引線框架”結(jié)構(gòu)。在不使用接合線的情況下,使用銅凸點(diǎn)和焊料將芯片粘接至金屬引線,從而可通過引線將熱量從芯片傳導(dǎo)至 PCB。
* s7 n( f7 K) D& `. b% B) _, M. i5 a5 l- L0 V
倒裝芯片引線框架結(jié)構(gòu)有助于充分提高引線封裝的功耗能力。
% z- P2 R+ M8 \+ P" ~通過將較大的銅區(qū)域連接至承載較大電流的引線,可優(yōu)化熱性能。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 IC 上,通常電源、接地和輸出引腳均連接至銅區(qū)域。
. \) E" P3 y$ u5 E如下圖所示為“倒裝芯片引線框架”SOIC 封裝的典型 PCB 布局。引腳 2 為器件電源引腳。請(qǐng)注意,銅區(qū)域置于頂層器件的附近,同時(shí)幾個(gè)熱通孔將該區(qū)域連接至 PCB 背面的銅層。引腳 4 為接地引腳,并連接至表層的接地覆銅區(qū)。引腳 3(器件輸出)也被路由至較大的銅區(qū)域。* }; u8 ?( F, p9 S$ l

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9 E7 C# N; a2 D; B: O+ i  s6 P倒裝芯片 SOIC PCB 布局
" _) K. m: ]2 Q6 K5 W! i' b請(qǐng)注意,SMT 板上沒有熱風(fēng)焊盤;它們牢牢地連接至銅區(qū)域。這對(duì)實(shí)現(xiàn)良好的熱性能至關(guān)重要。( x/ u' E% J5 t* E2 Y  p, n4 F, T$ S: R

! K2 a7 c4 C# T' n6 e* ^8 C. B1 G* D7 Y" K, M
QFN 和 TSSOP 封裝
4 z4 s4 M8 {( V5 L6 {  NTSSOP 封裝為長(zhǎng)方形,并使用兩排引腳。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 IC 的 TSSOP 封裝通常在封裝底部帶有一個(gè)較大的外露板,用于排除器件中的熱量。6 }* Z( C5 p! \* M
, U9 g# V" I* H0 D9 ]# G$ W
TSSOP 封裝通常在底部帶有一個(gè)較大的外露板,用于排除熱量。
  H0 U8 q! Y" \- z  b" WQFN 封裝為無引線封裝,在器件外緣周圍帶有板,器件底部中央還帶有一個(gè)更大的板。這個(gè)更大的板用于吸收芯片中的熱量。' l  R4 u6 o2 p9 ^

  q. K& P9 `: k) @" S) g為排除這些封裝中的熱量,外露板必須進(jìn)行良好的焊接。外露板通常為接地電位,因此可以接入 PCB 接地層。
3 s9 `0 \6 k% Q2 }% \9 M; D, i) n在理想情況下,熱通孔直接位于板區(qū)域。在的 TSSOP 封裝的示例中,采用了一個(gè) 18 通孔陣列,鉆孔直徑為 0.38 mm。該通孔陣列的計(jì)算熱阻約為 7.7°C/W。
0 Z" c( V. I/ `1 a/ Q* f9 _# }  z3 S, w
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采用了一個(gè) 18 熱通孔陣列的 TSSOP 封裝 PCB 布局; R3 Z3 L: T9 I7 }
通常,這些熱通孔使用 0.4 mm 及更小的鉆孔直徑,以防止出現(xiàn)滲錫。如果 SMT 工藝要求使用更小的孔徑,則應(yīng)增加孔數(shù),以盡可能保持較低的整體熱阻。
6 }$ _0 G+ r6 B: d; V' K4 N. X除了位于板區(qū)域的通孔,IC 主體外部區(qū)域也設(shè)有熱通孔。在 TSSOP 封裝中,銅區(qū)域可延伸至封裝末端之外,這為器件中的熱量穿過頂部的銅層提供了另一種途徑。
. A8 ]% j, [$ E' v6 bQFN 器件封裝邊緣四周的板避免在頂部使用銅層吸收熱量。必須使用熱通孔將熱量驅(qū)散至內(nèi)層或 PCB 的底層。& Z( W: c$ N, R9 Z

+ Q; p/ }7 w. f! L3 e+ l4 \) N
* n  K) F3 p. N; H采用9個(gè)熱通孔的 QFN 封裝 PCB 布局
+ j$ E' ~9 j5 i% U5 h% V1 K; m圖中的 PCB 布局所示為一個(gè)小型的 QFN (4 × 4 mm) 器件。在外露板區(qū)域中,只容納了九個(gè)熱通孔。因此,該 PCB 的熱性能不及 TSSOP 封裝。0 U+ Z; A+ e6 R1 ^0 u
倒裝芯片 QFN 封裝8 J! |; d: E* }5 L
倒裝芯片 QFN (FCQFN) 封裝與常規(guī)的 QFN 封裝類似,但其芯片采取倒裝的方式直接連接至器件底部的板上,而不是使用接合線連接至封裝板上。這些板可以置于芯片上的發(fā)熱功率器件的反面,因此它們通常以長(zhǎng)條狀而不是小板狀布置。4 w7 @# V2 k; S+ d
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這些封裝在芯片的表面采用了多排銅凸點(diǎn)粘接至引線框架。' g4 W; `' H" u+ \% I% `7 O! H

: o+ Z" S, d" O9 D0 L) wFCQFN 封裝在芯片的表面采用了多排銅凸點(diǎn)粘接至引線框架+ ?/ ^* S/ F/ @' x/ ]
小通孔可置于板區(qū)域內(nèi),類似于常規(guī) QFN 封裝。在帶有電源和接地層的多層板上,通孔可直接將這些板連接至各層。在其他情況下,銅區(qū)域必須直接連接至板,以便將 IC 中的熱量吸入較大的銅區(qū)域中。- A$ j8 j3 j; B, \
下圖器件具有較長(zhǎng)的電源和接地板,以及三個(gè)輸出口。請(qǐng)注意,該封裝只有 4 × 4 mm 大小。4 d8 [, G- P; Y4 x) k) J7 O3 f
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FCQFN封裝IC的 PCB 布局
7 Y8 a  ?5 r7 [" d4 c3 Y器件左側(cè)的銅區(qū)域?yàn)楣β瘦斎肟。這個(gè)較大的銅區(qū)域直接連接至器件的兩個(gè)電源板。
6 R: i* K* `9 J4 `! D/ }, }# k三個(gè)輸出板連接至器件右側(cè)的銅區(qū)域。注意銅區(qū)域在退出板之后盡可能地?cái)U(kuò)展。這樣可以充分將熱量從板傳遞到環(huán)境空氣中。6 t! V) }. W  e9 b% M1 B7 D% d# e
同時(shí),注意器件右側(cè)兩個(gè)板中的數(shù)排小通孔。這些板均進(jìn)行了接地,且 PCB 背面放置了一個(gè)實(shí)心接地層。這些通孔的直徑為 0.46 mm,鉆孔直徑為 0.25 mm。通孔足夠小,適合置于板區(qū)域內(nèi)。
2 h$ w  f5 E! A, ~  J' m+ r4 w綜上所述,為了使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 IC 實(shí)施成功的 PCB 設(shè)計(jì),必須對(duì) PCB 進(jìn)行精心的布局。% Q1 Z. N& C+ S9 m9 k7 R& [
來源:網(wǎng)絡(luò). @) K2 \! w" n0 z6 I0 e# D; E
DIY可調(diào)速直流電機(jī)風(fēng)扇作者:xld0932
5 `% e7 ], U6 A/ t2 R% H4 ~. P7 G1.項(xiàng)目介紹0 A4 M& A# L+ D/ U
之前參加了面包板的組織的ST開發(fā)板和uFun開發(fā)板的活動(dòng),學(xué)到到了不少新知識(shí);后來就想把之前做的一些小實(shí)驗(yàn)做成一塊小板子,主要硬件功能是使用STM32采集編碼器或接收紅外數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速,實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)速與電流大小的對(duì)應(yīng)關(guān)系,通過USB轉(zhuǎn)串口芯片將打印消息輸出到PC顯示。( B  X2 t" F+ [0 B
2.硬件設(shè)計(jì)$ Y" |+ k$ u6 w- c2 r, _
2.1.原理圖設(shè)計(jì)1 q% b4 K, l( T$ O2 s0 {+ d
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" G5 m/ F8 |. e1 o" q3 f6 A0 C) }" w* |9 T& f, q3 M1 M
2.2.pcb設(shè)計(jì)6 s' d% b3 I# A" X
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) y, W7 r. d  Y2 h; L. _8 H: y, w, k- p
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3.回板焊接調(diào)試! f7 A7 J& [7 e9 ?" A
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在調(diào)試硬件的時(shí)候,紅外接收頭的輸出引腳輸出不正常,有異常波形輸出,通過排查是因?yàn)镽7這個(gè)串阻剛開始使用的是10K,太大了,數(shù)據(jù)手冊(cè)上建議是100~200R左右,所以在改成150R后,紅外的接收就正常了,另外R8是一個(gè)可選焊器件。
. W& Z9 T7 z3 k% ]4 q& P2 H! o4.STM32CubeMX設(shè)置在使用STM32CubeMX自動(dòng)生成MDK 5版本的Keil工程后,直接打開工程,將調(diào)試工具配置成J-LINK,SWD模式,不管怎么操作,就是識(shí)別不到STM32這個(gè)芯片,檢查原理圖和焊接也沒有發(fā)現(xiàn)問題,就在快要崩潰的時(shí)候,自己手動(dòng)新建KEIL工程,一步步配置,竟然可以正確識(shí)別到芯片了,也可以下載了。這個(gè)問題之前也沒碰到過,不知道有沒有網(wǎng)友有這樣的經(jīng)歷,知道是怎么回事的……! ]1 P! ^+ G0 Q5 W  G

! p( V) p) o# p, s一大波動(dòng)圖讓你真正了解電機(jī)電機(jī)就是一種將電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電磁機(jī)械裝置。電機(jī)一般有兩種應(yīng)用形式:第一種是把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能,稱之為發(fā)電機(jī);第二種是把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,稱之為電動(dòng)機(jī)。1 T5 \- x5 ~- Y( i: e* y" a% q! X
電機(jī)運(yùn)行原理基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換時(shí),應(yīng)具備能作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩大部件:建立勵(lì)磁磁場(chǎng)的部件,感生電動(dòng)勢(shì)并流過工作電流的被感應(yīng)部件。這兩個(gè)部件中,靜止的稱為定子,作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的稱為轉(zhuǎn)子。定、轉(zhuǎn)子之間有空氣隙,以便轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
8 |8 m  u& ]( V0 b1 M電磁轉(zhuǎn)矩由氣隙中勵(lì)磁磁場(chǎng)與被感應(yīng)部件中電流所建立的磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生。通過電磁轉(zhuǎn)矩的作用,發(fā)電機(jī)從機(jī)械系統(tǒng)吸收機(jī)械功率,電動(dòng)機(jī)向機(jī)械系統(tǒng)輸出機(jī)械功率。建立上述兩個(gè)磁場(chǎng)的方式不同,形成不同種類的電機(jī)。8 z' b7 `5 N* h  g+ b& w
1、按工作電源種類劃分
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# O& y" N. N: \4 d1 r2、按結(jié)構(gòu)和工作原理劃分
( [' {. g2 s# g8 C$ O: c" ^+ ]! Y" |7 H3 _3 ^8 U* |
3、按啟動(dòng)和運(yùn)行方式劃分
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7 p2 D/ m: \5 d* t/ s
& h4 }8 v6 C7 ^1 t% G9 B( u, \. ]

- {: }. t! j% h( \8 k8 n% t( ~. W; e4、按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)劃分3 J) X3 y# o: y/ J

6 H8 ^. T; L3 v# v" T6 q2 R下面就是期待已久的動(dòng)圖了↓) T1 K$ B! {- w. O7 @
直流電機(jī):1 l6 B+ u" y# s- N0 ]& s, V* Y
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交流電機(jī):1 b$ a# e. E+ ~2 ?, F

' n/ o7 }  b3 G永磁電機(jī):
' u* W1 W& \! Q# V0 d+ f" L. k; }- Q, A# s# ]
量子磁電機(jī):# p; n+ }/ B( g, ]7 o6 ]4 E1 L8 Z
* G3 q" B% q" i' l# ]
單相感應(yīng)電機(jī):, C+ m: }3 O3 a2 |7 s8 T
- w* ^: v/ E: S( ]9 _$ |/ B
三相感應(yīng)電機(jī):% A4 G- E/ u) n$ x% j8 G- T
1 I2 J, c6 b/ l  W( z" b' ]
無刷直流電機(jī):) o; @; c8 p8 \. C

, G# {" X$ N' v/ Q+ \永磁直流電機(jī):
) K6 I4 _5 Z+ n7 r/ O- Y
7 B+ o$ z9 j, J+ V8 b& S步進(jìn)式電機(jī)工作原理:
  r4 D. |2 Y3 X4 C1 `' D4 N; Q: O$ |
平衡式電機(jī):7 Q) M/ P1 R7 V

) p) w6 c- x' M- }三相電機(jī)定子:
- j$ i$ h; t; e4 n% U+ c$ u2 J8 H  R/ r
鼠籠式電機(jī):' ]/ Q2 e& ]6 c' ~7 b; ]: p

, s7 j  q2 \1 S, H1 H電機(jī)解剖圖:2 Q) H6 x# L8 b+ V% K* O; M

# K" y3 m/ V$ o9 X7 a) P! B最后,奉上一張電機(jī)磁場(chǎng)變化圖:+ E. O7 A. w7 J4 b4 X6 o

$ `. C& C: }4 A3 E5 O  x3 H: |5 e6 \4 o( v' I0 G
# m  G3 a6 S( q% K
思考:交流異步電機(jī),異步在哪兒?作者:鳳舞天鼠籠式三相電機(jī)的,一般叫交流異步電機(jī)。現(xiàn)在做變頻器,接觸了很長(zhǎng)時(shí)間,但是奇怪的是,異步在哪兒?為什么叫異步?2 J9 m: s. j3 }

$ w: I7 ^2 g. u/ d5 z! G& _' }  {* J7 p
今年年中因?yàn)榻佑|了永磁電機(jī),所以好奇這個(gè)異步電機(jī)為什么叫異步,于是推理了一下,就明白過來,因?yàn)楫惒诫姍C(jī)的轉(zhuǎn)子沒有磁鐵,而電機(jī)要想轉(zhuǎn)起來,轉(zhuǎn)子需要磁場(chǎng),那么轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)從哪兒來,很明顯,磁場(chǎng)必須要從定子耦合過來,若轉(zhuǎn)子跟定子的交變磁場(chǎng)保持同步轉(zhuǎn)速,則轉(zhuǎn)子無法獲得能量,也就是無法切割磁力線,所以只有轉(zhuǎn)子跟定子線圈的轉(zhuǎn)速不同,才能像類似變壓器一樣,獲得外部的能量轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng),這就是異步的來源。) [) M7 o) Y4 {5 U( k1 U; ]1 L
異步,就是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速要跟定子磁場(chǎng)不同步,這個(gè)不同步,不是指相位,而是指轉(zhuǎn)速不同步,需要存在轉(zhuǎn)速差。那么還有一個(gè)問題,在20多年前,農(nóng)村經(jīng)常沒電,大家用異步電機(jī)發(fā)電,那么這個(gè)異步電機(jī)如何發(fā)電的,這個(gè)大家可以想想!
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" c; N6 L4 a% O' U6 b- ~1 K7 G3 L4 g聲明:
& `( n$ H( u5 e7 @) }6 h聲明:文章整理于網(wǎng)絡(luò)。本號(hào)對(duì)所有原創(chuàng)、轉(zhuǎn)載文章的陳述與觀點(diǎn)均保持中立,推送文章僅供讀者學(xué)習(xí)和交流。文章、圖片等版權(quán)歸原作者享有,如有侵權(quán),聯(lián)系刪除。投稿/招聘/推廣/宣傳 請(qǐng)加微信:woniu26a推薦閱讀▼6 D" N% G$ @+ t% y$ G
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