電機的應用非常廣泛，遍及人們工作及生活的各個領域，如打印機、復印機、傳真機、投影儀、電冰箱、洗衣機、空調(diào)、燃氣灶、照相機、ATM機、電動縫紉機、保安攝像機、自動售貨機、熱水供應系統(tǒng)、園林灌溉系統(tǒng)及工業(yè)自動化等。

在節(jié)能越來越受重視的當今，高能效的驅(qū)動電機顯得尤為重要。從類型上看，電機包括交流電機、直流有刷電機、直流無刷電機、永磁同步電機、伺服電機和步進電機等。其中，步進電機采用脈沖工作，也稱作數(shù)字電機或脈沖電機。步進電機的旋轉角與脈沖數(shù)量成正比，速度則與脈沖頻率成正比，可通過控制脈沖數(shù)量來精確控制步進電機的旋轉，使其非常適合于定位應用。本文將探討步進電機驅(qū)動的常見挑戰(zhàn)，并重點介紹安森美半導體針對辦公自動化設備應用的高能效步進電機驅(qū)動器方案。

步進電機驅(qū)動應用的常見挑戰(zhàn)

電機驅(qū)動器能用于多種不同的應用。設計工程師在設計中使用電機驅(qū)動器時面對一些共通的挑戰(zhàn)。首先，當今的大多數(shù)設計都要求電機驅(qū)動應用及相關電機驅(qū)動IC和元件提供低能耗和高能效。例如，在如果風扇驅(qū)動器電路板位于密封殼體內(nèi)部，就會產(chǎn)生熱量，要求額外的能耗來將它冷卻。因此，就需要使用內(nèi)置風扇在內(nèi)部環(huán)流冷風，以減少熱量并管理散熱。故工程師可能會要求低功率損耗，同時還要求強大、具備高能效冷卻功能的電機。

圖1. 電機驅(qū)動器應用示例及其常見挑戰(zhàn)。

其次，從終端用戶角度來講，極需要降低電機產(chǎn)生的噪聲，以避免造成不適的感覺。設計人員還必須能夠補償系統(tǒng)中的任何外部噪聲或振動。再次，無論是因為居住空間有限或是用戶偏好，消費者對緊湊型方案的需求高是一項普通的消費趨勢。這趨勢導致更小尺寸及低噪聲的電機更受偏好，但這在嘗試補償其它設計要求時并不總是具有可能性。

值得注意的是，由于要求高壓電源來驅(qū)動白家電及工業(yè)等應用，電機及電機驅(qū)動器的耐用性及安全性至關重要。更不用說工程師需要選擇能夠精確控制速度的可靠電機。

永磁型和混合型步進電機的工作原理

步進電機常用于精密控制應用，并采用像微步進的技術來減輕電機振動。圖2顯示了永磁型步進電機及混合型步進電機的工作原理圖解。步進電機以數(shù)字脈沖形式工作，通常稱作同步電機或脈沖電機。步進電機通過導通及關閉MOSFET來控制轉動。

圖2. 永磁型及混合型步進電機的工作原理。

以圖2左側為例，當電流流過MOSFET開關OUT1和OUT2時，永磁轉子的位置如左圖所示。控制OUT1、2、3及4的電流，就可以控制轉子位置。轉角與脈沖數(shù)量成正比，轉速與脈沖的頻率成正比。您可以藉控制脈沖數(shù)量來精密地控制轉子位置，使其適合于定位。