在節(jié)能減排已經(jīng)成為消費者的新需求時，各種工業(yè)企業(yè)也開始了轉(zhuǎn)型，配合國家的政策向節(jié)能減排發(fā)展。在動力部分，要想配合節(jié)能減排的方針政策，主要就是提高技術，選擇適合的電機，那么什么電機既能滿足生產(chǎn)需求又能做到節(jié)能減排呢?

有刷電機與無刷電機

有刷電機 

主要由永磁材料制造的定子（Stator）、繞有線圈（Coil）繞組的轉(zhuǎn)子（Rotor） 、換向器（Commutator）和電刷（Brush）等構(gòu)成。由上圖動畫可以看到：在磁場中放置線圈，通過流動的電流，線圈會被一側(cè)的磁極排斥，同時被另一側(cè)磁極所吸引。電機中的換向器部分是靠電刷供電的，電刷的位置在轉(zhuǎn)向器上方，隨著旋轉(zhuǎn)不斷移動。通過改變電刷的位置，可使電流方向發(fā)生變化。換向器和電刷是直流電機旋轉(zhuǎn)所不可或缺的結(jié)構(gòu)。

無刷電機

無刷電機，簡稱：BLDC，“BL”意為“無刷”。

無刷直流電機的定子（Stator）是線圈（Coil）繞組電樞，轉(zhuǎn)子（Rotor）是永磁體。如果只給電機通以固定的直流電流，則電機只能產(chǎn)生不變的磁場，電機不能轉(zhuǎn)動起來，只有實時檢測電機轉(zhuǎn)子的位置，再根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置給電機的不同相通以對應的電流，使定子產(chǎn)生方向均勻變化的旋轉(zhuǎn)磁場，電機才可以跟著磁場轉(zhuǎn)動起來。無刷直流電機以電子換向器取代了機械換向器，所以無刷直流電機既具有直流電機良好的調(diào)速性能等特點，又具有交流電機結(jié)構(gòu)簡單，無換向火花，運行可靠和易于維護等優(yōu)點。 

無刷電機可以使用直流電源或者是交流電源供電，滿足各種行業(yè)的不同需求，同時無刷電機的體積要比同功率的有刷電機30%以上，安裝更為方便合理。最重要的是，無刷電機的電能轉(zhuǎn)化率達到80%以上，比其他電機要節(jié)能50%。

電子產(chǎn)品大都在遵循“摩爾定律”，唯獨電機產(chǎn)業(yè)近20年來沒有任何更新?lián)Q代——但隨著半導體組件如功率組件(MOSFET)，微控制器(MCU)，驅(qū)動組件(Gatedriver)的普及，使得無刷直流電機的總成本降低很多，BLDC直流無刷電機技術替代傳統(tǒng)電機已經(jīng)勢在必行。

據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，2010年以來，無刷直流電機(BLDC)行業(yè)收入連年增加，2016年為189.2億元，同比增長22.3%，中國無刷直流電機(BLDC)的市場前景較為樂觀，市場規(guī)模將進一步擴大。預計未來五年，行業(yè)增速仍將保持在20%左右的水平，到2022年行業(yè)市場規(guī)模將達到565億元左右。

專為無刷直流電機應用而設計的單片機及其解決方案

相較于傳統(tǒng)直流有刷電機的電刷因長期磨損的關系需要一直保養(yǎng)維護，直流無刷電機不使用基于電刷的機械式換相，而是采用電子式換相，配置適當?shù)尿?qū)動器來控制電機換相，可以提高效率且相對安靜與省電，在現(xiàn)代許多家電、工業(yè)應用中都可以看到直流無刷電機。

高性能的BLDC電機相信是未來電機發(fā)展的重要趨勢；與此同時，終端消費市場對電機驅(qū)動控制不再僅限于電機啟停，定速變檔等，還需要具有高性能，低噪音，效率高等要求；MCU作為電機驅(qū)動控制的大腦，變得尤為重要。

觀察近年來的MCU市場規(guī)模，中國通用MCU產(chǎn)品中，32位MCU產(chǎn)品占比最高，達54%；其次為8位MCU產(chǎn)品，占比達43%。與全球MCU產(chǎn)品結(jié)構(gòu)占比相比，中國16位及32位MCU產(chǎn)品占比仍較低。考慮到8位的單個芯片比32位芯片要便宜很多的事實，8位的出貨量其實遠高于32位的。可見得32bit/8bit的選擇不屬于「是非題」，還是要視應用端而定。一般來說，控制型或大量需要位元（bit）運算的應用仍然會選擇8bit MCU。此外，8bit MCU有些架構(gòu)上的特點，如可較節(jié)省程式空間與降低中斷延遲。在許多嵌入式設計上，8位MCU比32位擁有更容易設計的優(yōu)勢，依循8位架構(gòu)的軟件和硬件比起32位將更為簡易。

BD66FM5250 作為一款 8 位高性能精簡指令集 Flash 單片機，它高度集成多種特性，專為無刷直流電機應用而設計。

在存儲器特性方面，Flash 存儲器可多次編程的特性給用戶提供了較大的方便。除了 Flash 程序存儲器，還包括 RAM 數(shù)據(jù)存儲器和用于存儲序列數(shù)據(jù)、校準數(shù)據(jù)等非易失性數(shù)據(jù)的 True EEPROM 存儲器。此外通過使用 IAP 功能，便于用戶直接將測量的數(shù)據(jù)存儲至程序存儲器中或進行應用程序更新。

此單片機具有性能良好、功耗低、I/O 使用靈活的特性，外加集成有定時器模塊、內(nèi)部振蕩器、多通道 A/D 轉(zhuǎn)換器、D/A 轉(zhuǎn)換器、運算放大器、脈寬調(diào)制功能、16 位捕捉定時器模塊、比較器、電機保護模塊、霍爾傳感器位置檢測功能、 UART 接口功能、16 位 MDU、時基、低電壓復位、低電壓檢測、暫停和喚醒功能。雖是一款專為無刷直流電機應用而設計的單片機，但其強大的功能使得 它可以廣泛應用于 A/D 產(chǎn)品中，例如傳感器信號處理、電機驅(qū)動、工業(yè)控制、 消費類產(chǎn)品和子系統(tǒng)控制等。

合泰與華秋聯(lián)合推出基于BD66FM5250定制的五節(jié)鋰電池 BLDC 沖擊扳手應用方案，可應用于腳手架沖擊扳手等領域。

應用特性

■ 操作控制：VR無級調(diào)速、正反轉(zhuǎn)控制

■ 檔位顯示、檔位切換、斷電檔位記憶

■ 反轉(zhuǎn)自停功能，斷電功能記憶

■ 延時斷電功能，關機后零消耗

■ 提供電壓保護、過電流、過溫及堵轉(zhuǎn)保護功能

工作原理

電機控制工作原理簡介（以 BD66FM5250 為例），分為轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速控制兩個部分。

轉(zhuǎn)向控制

圖片左側(cè)為電機控制向前轉(zhuǎn)概念圖、右側(cè)為 MOSFET 開關(Mask 功能)方框圖，為了使得電 機運轉(zhuǎn)，我們必須讓電機內(nèi)的轉(zhuǎn)子動起來，而轉(zhuǎn)子就是所謂的磁鐵，我們通過控制 MOSFET 開關電路來使得電流流過特定方向的定子繞組(U、V、W 其中兩個)并產(chǎn)生磁場來吸引轉(zhuǎn)子 (磁鐵)，接著通過換相時序來改變開關電路使得電流流過另一個不同方向的定子繞組，并繼 續(xù)吸引轉(zhuǎn)子，而這個吸引轉(zhuǎn)子的過程就是讓驅(qū)動電機的簡易工作原理，且改變換相時序的 組合，即可達到正反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向控制，在 BD66FM52xx 系列中，我們只需要控制電流的方向即可讓電機運轉(zhuǎn)起來。

轉(zhuǎn)速控制

無刷直流電機有一個特點，那就是可以自由調(diào)變電機的轉(zhuǎn)速，對于 User 來說非常方便。 其原理為電機的轉(zhuǎn)速與磁場大小成正比，而該磁場是由流過定子繞組的電流所產(chǎn)生的，電流越強，磁場越大，電機轉(zhuǎn)速也會越快。流過定子繞組的電流大小由外部驅(qū)動 MOSFET 開關發(fā)出 PWM 信號(高電平為導通，低電平為打開)所決定的，當開關導通時，會有電流流過定子繞組;當開關打開時，則不會有電流。高電平與低電平兩者的比例稱為 Duty(占空比)， 當 Duty=100%(都為高電平)時代表一個周期內(nèi)，開關都導通，此時電流最大;當 Duty=0%(都 為低電平)時代表一個周期內(nèi)，開關都打開，此時電流為 0，故我們可以通過調(diào)變 PWM 的 Duty 占空比來進而調(diào)整電流的大小，達到控制電機的轉(zhuǎn)速的目的。

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