【導讀】前不久
，世界氣象組織（WMO）在最新的氣象通報中表示

，未來5年

，全球年均溫度將有50%的概率至少有一年暫時比工業化前水平高1.5攝氏度。該機構提示這會帶來嚴重的影響，70%-90%珊瑚礁將消失
，海平麵上升等等。二氧化碳含量增加是最大的罪魁禍首。

為了避免全球年均溫度進一步上升
，突破《巴黎協定》所規定的2攝氏度目標，在21世紀下半葉實現“碳中和”，不僅是世界各國的國際責任擔當，也是降低人類生存威脅必須要做的。

為實現“碳中和”目標，每一個高耗能的環節都需要得到改善，比如電機。根據國際能源署最近的一項調查，電機耗電量占工業領域耗電量的大約2/3，占全球耗電量的大約46%。因此，提升電機能效、高效驅動電機是實現“碳中和”的關鍵。今天我們就來聊一聊如何係統地改善電機能效，貿澤電子網站上在售的電子元器件如何能夠幫助廣大設計者。

高效電機助力“碳中和”

電dian機ji是shi指zhi依yi據ju電dian磁ci感gan應ying定ding律lv實shi現xian電dian能neng轉zhuan換huan或huo傳chuan遞di的de一yi種zhong電dian磁ci裝zhuang置zhi。從cong定ding義yi可ke以yi看kan出chu
，電dian機ji是shi靠kao電dian力li來lai驅qu動dong的de，正zheng如ru上shang述shu數shu據ju所suo體ti現xian的de，電dian機ji是shi世shi界jie上shang耗hao電dian量liang最zui大da的de單dan種zhong類lei設she備bei。

上shang述shu數shu據ju已yi經jing提ti到dao，電dian機ji耗hao電dian在zai全quan球qiu工gong業ye耗hao電dian中zhong占zhan比bi很hen高gao
，在zai中zhong國guo情qing況kuang也ye是shi類lei似si的de。統tong計ji數shu據ju顯xian示shi，中zhong國guo電dian機ji每mei年nian耗hao電dian量liang占zhan全quan社she會hui用yong電dian量liang的de69%
，占工業用電的75%。造成這種情況的主要原因是中國綠色電機滲透率不足，《電機能效提升計劃2018》中提到，2018年中國高效電機滲透率僅為3%。參考中國工業經濟聯合會方麵的數據，目前這一關鍵指標仍不足10%。而《工業能效提升計劃2022》則要求，2025年新增高效電機的占比要達到70%以上。

如果高效電機能夠普及，將對實現“碳中和”目標有重要意義。根據中國國家統計局數據統計
，2021年中國火力發電占發電總量的71.13%。全球方麵，2021年全球化石能源發電占總發電量的62%。從這一維度看
，電機間接導致了全球二氧化碳含量的上升，提升電機能效將會顯著減少能源需求
，降低全球二氧化碳的排放量。

想要提升電機的能效水平，首先可以從電機適配角度去考慮。比如永磁同步電機就比較適用於負載變化比較頻繁、且空載情況較多的應用場景，比如車床、機床和拉絲設備等
，能夠起到很好的節能效果。

也可以從電機設計角度入手，通過改良相關設計來降低損耗並提升散熱效果。一般電機的損耗主要包含以下幾種——鐵心損耗、定子/轉子銅損、風feng磨mo損sun耗hao以yi及ji雜za散san損sun耗hao，每mei一yi個ge環huan節jie都dou有you持chi續xu改gai良liang的de空kong間jian。比bi如ru使shi用yong銅tong繞rao組zu的de電dian機ji可ke以yi通tong過guo增zeng大da銅tong線xian的de線xian徑jing，大da幅fu減jian少shao銅tong線xian的de繞rao組zu，進jin而er降jiang低di損sun耗hao，並bing減jian少shao散san熱re。

weilenenggoujiangdidianjidenenghao，changshangyehuizhuanmendazaojienengjishu，bianpintiaosujiushiyixiangdianxingdejienengjishu。chuantongdianjizaigongzuodeguochengzhong
，dangfuzaidafujianxiaohuozhekongzaishi，shurugonglvbingmeiyougaibian，zhishishuchugonglvfashenglebianhua
，zheyangjiulangfeiledaliangdedianneng。tongguocaiyongbianpinjishu，dianjidenengxiaonenggoudedaodafutisheng。xiangguandianjichangshangdeshujuxianshi，bianpinjishuyibannengjiedian10%-50%。

另外
，更智能
、精準的電機控製係統也可以幫助提升電機能效。電機控製講究“一升一降”
，其中“一升”是指提升電機FOC（field-oriented control，磁場導向控製）控製算法效率，“一降”則是要降低功率器件損耗和電機損耗。目前，在電機FOCkongzhisuanfali
，yijingguangfanchuxianshenduxuexiherengongzhinengsuanfaxiangjiehe，zhexiesuanfanenggouchixuyouhuadianjidexiaolv，tishengkongzhiweizhidejingzhundu，jianshaobubiyaodedianliusunhao。

最後
，就要談到我們今天的“主角”——電機驅動。觀察各大原廠的解決方案後不難發現

，目前“電機控製和驅動”是一個融合概念，這其實很好理解，因為電機控製是“決策係統”，和控製算法強相關，而電機驅動是“執行係統”，後(hou)者(zhe)接(jie)收(shou)到(dao)前(qian)者(zhe)的(de)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)，然(ran)後(hou)將(jiang)電(dian)機(ji)轉(zhuan)動(dong)到(dao)特(te)定(ding)的(de)角(jiao)度(du)，送(song)到(dao)特(te)定(ding)的(de)位(wei)置(zhi)。電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)有(you)專(zhuan)門(men)的(de)驅(qu)動(dong)器(qi)以(yi)及(ji)配(pei)套(tao)的(de)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)，要(yao)想(xiang)從(cong)這(zhe)一(yi)點(dian)上(shang)提(ti)升(sheng)電(dian)機(ji)能(neng)效(xiao)
，就(jiu)要(yao)從(cong)以(yi)下(xia)幾(ji)個(ge)方(fang)麵(mian)入(ru)手(shou)。

zhenduidianjiqudongqi，daotonghekaiguansunhaoxiaodequdongqinenggoubangzhushejizhexianzhujiangdixitongsunhao

，tongshidianjiqudongdebianpinhuayeshidaqushi。biruzaijiaoliudianjidequdongshang，tongguoshiyongbianpinqudongqiqudaidansukongzhi，yenenggoushixiandianjidedianzisudukongzhihegenggaodequdongnengxiao。zaipeitaodianlushang
，zhuanmenyouhuadedianlujiegouwangwangnenggouqidaohenhaodejienengxiaoguo。birudianjiqudongdianluduiyuqiaodianludeshiyong，womenjinyibuyiqichedianjiqudongweili，zheliqudongxitongshijishangjiushinibianqi
，zainibianqidianluzhongwangwanghuishiyongduogebanqiaodianlu，yicilaitishengxitongxiaolv。haiyouyigezhongyaodefangxiangshitishengdianjishurudianyazhi，zheyangbiannenggoudadajianxiaohenggonglvshiduandianjidesunhao，buguozhezhongqushiyeduidianjiqudongbaohudianlutichulegenggaodeyaoqiu，xuyaogenggaoxingnengdebaohuyuanqijian。

通過上述方法，便能夠大幅降低電機的能耗
，對實現“碳中和”目標有巨大的賦能價值。接下來，我們就來看一下，貿澤電子網站上在售的元器件
，如何在一些具體的環節中發揮重要價值。

Littelfuse柵極驅動器

在(zai)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)，驅(qu)動(dong)信(xin)號(hao)來(lai)自(zi)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)或(huo)者(zhe)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)，但(dan)是(shi)這(zhe)個(ge)信(xin)號(hao)並(bing)不(bu)能(neng)夠(gou)直(zhi)接(jie)啟(qi)動(dong)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)
，需(xu)要(yao)經(jing)過(guo)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)將(jiang)電(dian)壓(ya)或(huo)者(zhe)電(dian)流(liu)放(fang)大(da)。因(yin)此(ci)，柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)是(shi)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)裏(li)的(de)基(ji)礎(chu)器(qi)件(jian)
，也(ye)是(shi)不(bu)可(ke)或(huo)缺(que)的(de)器(qi)件(jian)。

我們今天推薦的第一款器件便是來自製造商Littelfuse的柵極驅動器
，貿澤電子網站上的製造商編號為LF2136BTR。

LF2136BTR

LF2136BTR是一款三相柵極驅動器IC，專為高壓、高速應用而設計，可用於驅動半橋配置。該器件基於高壓工藝打造
，高壓側能夠在自舉操作中切換到600V的高壓。同時

，LF2136BTR具有很好的驅動特性、兼容特性和保護特性。該器件具有高脈衝電流緩衝器，旨在實現最小的驅動器交叉傳導；能夠和CMOS電平（低至3.3V）兼容
，可輕鬆與控製設備連接

，並在高噪聲環境中啟用低電平以更好地工作；提供多種保護功能
，包括直通保護、欠壓鎖定
、過流保護等。

圖1：LF2136BTR典型應用框圖

（圖源：Littelfuse）

LF2136BTR是Littelfuse柵極驅動器係列中的一款

，除了LF2136BTR這種三相柵極驅動器IC，還包括高壓高速柵極驅動器，均具有高壓屬性，以及優質的驅動特性
、兼容特性和保護特性，並且都能夠在-40°C至+125°C的寬溫度範圍內工作
，可用於打造半橋柵極驅動器、三相半橋柵極驅動器和高側/低側柵極驅動器。其中，半橋柵極驅動器和高側/低側柵極驅動器可經過進一步設計用於DC-DC轉換器、交流-直流逆變器電機控製、電機驅動器、D類功率放大器等應用；三相半橋柵極驅動器則可以用於三相電機變頻器驅動器、白色家電-空調、洗衣機、冰箱
、工業電機逆變器-電動工具、機器人，以及通用三相變頻器等。

在助力“碳中和”實現方麵
，LF2136BTR的高壓特性以及最小的驅動器交叉傳導都能夠發揮重要價值。

雙路H橋電機驅動器

在經典電機驅動電路中，其中有一種電路的造型長得像字母H，如下圖所示，因此也被稱為“H橋驅動”。綜合來看
，H橋電機驅動電路具有高效
、方向控製和製動等突出優點。

圖2：H橋電機驅動電路

（圖源：硬件攻城獅博文）

今天要介紹的第二款器件便是一款雙路H橋電機驅動器，來自製造商Texas Instruments，貿澤電子網站上的製造商編號為DRV8428PPWPR

，大家可以通過搜索此編號找到這款器件。

DRV8428PPWPR

DRV8428P雙路H橋電機驅動器適用於各種工業應用的雙路H橋電機驅動器，可用於驅動一個雙極性步進電機
、兩個雙向有刷直流電機或四個單向有刷直流電機。根據PCB設計方案的不同，該器件能夠驅動高達1A滿量程或0.7A RMS輸出電流。

圖3：DRV8428P雙路H橋電機驅動器簡化示意圖

（圖源：Texas Instruments）

DRV8428P雙路H橋電機驅動器是一款集成度非常高的器件
，輸出級包括N溝道功率MOSFET（配置為兩個全H橋）、電流檢測/調節以及保護電路。其中
，集成式電流感應功能采用內部電流鏡架構
，無需檢流電阻
，滿量程電流精度為±6%；保護特性包括VM欠壓鎖定
、過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)和(he)熱(re)關(guan)斷(duan)，在(zai)有(you)刷(shua)直(zhi)流(liu)應(ying)用(yong)中(zhong)，還(hai)能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)限(xian)製(zhi)。高(gao)集(ji)成(cheng)度(du)以(yi)及(ji)領(ling)先(xian)的(de)工(gong)藝(yi)
，讓(rang)其(qi)具(ju)有(you)更(geng)小(xiao)的(de)封(feng)裝(zhuang)尺(chi)寸(cun)，更(geng)小(xiao)的(de)占(zhan)板(ban)麵(mian)積(ji)
，降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)成(cheng)本(ben)。

在應用方麵
，DRV8428P雙路H橋電機驅動器領先的產品特性可以賦能有刷直流電機、打印機和掃描儀

、點鈔機和EPOS、辦公和家居自動化

、工廠自動化和機器人、小家電、掃地機器人、類人機器人等領域。

DRV8428P雙路H橋qiao電dian機ji驅qu動dong器qi也ye有you很hen多duo優you秀xiu的de性xing能neng幫bang助zhu降jiang低di係xi統tong功gong耗hao和he損sun耗hao，其qi中zhong高gao集ji成cheng特te性xing能neng夠gou減jian少shao電dian路lu板ban和he其qi他ta器qi件jian消xiao耗hao，同tong時shi該gai器qi件jian具ju有you低di功gong耗hao休xiu眠mian模mo式shi

，可ke通tong過guo關guan斷duan大da部bu分fen內nei部bu電dian路lu實shi現xian超chao低di靜jing態tai電dian流liu消xiao耗hao。

即用型電機控製套件

接jie下xia來lai，我wo們men進jin一yi步bu延yan伸shen到dao係xi統tong方fang案an的de介jie紹shao。開kai發fa人ren員yuan都dou有you明ming顯xian的de感gan受shou，在zai方fang案an開kai發fa的de過guo程cheng中zhong，如ru果guo有you一yi款kuan出chu色se的de開kai發fa套tao件jian可ke以yi使shi用yong的de話hua，那na麼me整zheng個ge開kai發fa進jin程cheng將jiang大da大da提ti速su，縮suo短duan產chan品pin的de上shang市shi周zhou期qi。而er我wo們men接jie下xia來lai要yao介jie紹shao的de是shi一yi款kuan即ji用yong型xing電dian機ji控kong製zhi套tao件jian。

這款套件來自製造商Infineon Technologies，貿澤電子網站上的製造商編號為MOTORCONTROLKIT12VTOBO1。

MOTORCONTROLKIT12VTOBO1

為什麼說MOTORCONTROLKIT_12V電機控製套件為即用型套件呢，因為套件裏除了MOTIX™嵌入式功率IC
，還有360°角度傳感器以及集成式霍爾效應開關，麵向低壓電機控製應用，可以直接用於快速原型設計和評估。

MOTORCONTROLKIT_12V電機控製套件可以視為TLE9879評估套件，上麵的TLE9879QXA40器件是MOTIX™嵌入式功率IC和單芯片三相電機驅動器、片上係統（SoC）解決方案的一部分。這款器件具有非常高的集成度
，內部集成LIN收發器
、橋接驅動器和電源等
，基於Arm®Cortex®-M3內核打造，可支持實施高級電機控製算法

，例如無傳感器磁場定向控製（FOC）。

MOTORCONTROLKIT_12V電機控製套件上的角度傳感器型號為TLE 5012B-E1000
，可以實現360°角度測量
，具有0.01°的分辨率，在整個使用壽命和溫度範圍內的最大角度誤差為1.0°。集成式霍爾效應開關的具體型號為TLE 4968-1L
，專門用於高精度應用。其具有出色的電源電壓能力
，采用非穩壓電源供電，過壓能力高達42V，無需外部電阻器，並且通過有源誤差補償進一步提高了器件精度。該套件可用於泵、風扇和三相BLDC電機應用等。

如上所述
，MOTORCONTROLKIT_12V電機控製套件在各個環節都彰顯了自己的高精度特性，能夠大幅減少係統中不必要的電流損耗，進而提升電機能效。

讓電機控製更安全的TVS二極管

weileshixiandianjidejingzhunkongzhi
，jiangdidianjibubiyaodenenghao
，dianjikongzhihequdongdianluzhongdeyuanqijianbiandeyuelaiyuejingxi，yineryejiuxuyaogengquanfangweidebaohu。xiamianweidajiadailaiyikuanchangyongdebaohuxingyuanqijian——TVS二極管。

這款TVS二極管依然是來自製造商Littelfuse，貿澤電子網站上的製造商編號為SZ1SMA30CAT3G。

SZ1SMA30CAT3G

SZ1SMA 400W TVS二極管是單向和雙向器件
，設計用於保護電壓敏感電子產品免受高電壓、高能量瞬變的影響。該器件具有出色的鉗位能力、高浪湧能力、低齊納阻抗和快速響應時間，峰值功率可達400W（1ms時），正向浪湧電流最高為40A。

圖4：SZ1SMA 400W TVS二極管功能框圖

（圖源：Littelfuse）

SZ1SMA 400W TVS二極管采用Littelfuse獨有、具有成本效益、高度可靠的封裝，通過平麵處理表麵，幫助用戶實現準確貼裝，可用於頂部滑動或底部電路板安裝的封裝設計。

通過出色的產品性能
，SZ1SMA 400W TVS二極管能夠為電機驅動帶來更可靠的安全防護
，幫助打造控製更精確、能耗更低的電機方案。

電機驅動的未來趨勢

實現“碳中和”目mu標biao是shi一yi個ge長chang期qi且qie艱jian巨ju的de任ren務wu
，如ru以yi上shang數shu據ju所suo述shu，電dian機ji作zuo為wei最zui大da的de單dan體ti耗hao能neng設she備bei，未wei來lai隨sui著zhe汽qi車che電dian動dong化hua和he工gong業ye自zi動dong化hua等deng趨qu勢shi
，電dian機ji的de需xu求qiu依yi然ran會hui高gao速su增zeng長chang，其qi能neng耗hao是shi一yi個ge需xu要yao持chi續xu優you化hua的de重zhong點dian方fang向xiang。各ge國guo政zheng策ce對dui此ci非fei常chang關guan注zhu，比bi如ru在zai中zhong國guo
，除chu了le上shang述shu提ti到dao的de由you中zhong國guo工gong信xin部bu印yin發fa的de《工業能效提升計劃》，還有國家市場監督管理總局和工信部聯合印發的《電機能效提升計劃》等等，其中都對提升電機能效做出了關鍵性指示。

比如《電機能效提升計劃（2021-2023年）》要求，以電機係統生產製造、技術創新、推tui廣guang應ying用yong和he產chan業ye服fu務wu為wei重zhong點dian方fang向xiang，積ji極ji實shi施shi節jie能neng改gai造zao升sheng級ji和he能neng量liang係xi統tong優you化hua
，不bu斷duan提ti升sheng電dian機ji係xi統tong能neng效xiao，支zhi撐cheng重zhong點dian行xing業ye和he領ling域yu節jie能neng提ti效xiao，助zhu力li實shi現xian“碳達峰”
、“碳中和”目標。

麵向未來，電機將朝著數字化、輕量化
、小型化、高效率
、高(gao)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)等(deng)方(fang)向(xiang)繼(ji)續(xu)發(fa)展(zhan)
，而(er)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)和(he)驅(qu)動(dong)環(huan)節(jie)在(zai)其(qi)中(zhong)扮(ban)演(yan)著(zhe)重(zhong)要(yao)角(jiao)色(se)。因(yin)此(ci)，除(chu)了(le)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)芯(xin)片(pian)和(he)其(qi)他(ta)配(pei)套(tao)芯(xin)片(pian)的(de)出(chu)貨(huo)量(liang)將(jiang)大(da)幅(fu)增(zeng)加(jia)之(zhi)外(wai)，技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)也(ye)較(jiao)為(wei)明(ming)確(que)。為(wei)了(le)讓(rang)整(zheng)個(ge)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)和(he)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)外(wai)部(bu)看(kan)起(qi)來(lai)更(geng)加(jia)簡(jian)潔(jie)，減(jian)少(shao)耗(hao)材(cai)，相(xiang)關(guan)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)集(ji)成(cheng)度(du)將(jiang)再(zai)次(ci)提(ti)高(gao)。電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)也(ye)將(jiang)更(geng)加(jia)智(zhi)能(neng)、靈活
，對電機各個驅動輪的控製將會是獨立且精準的；反饋電路將更加完整
、多元，使得動力輸出更加合理

；為了減少係統發熱
，會不斷追求更高壓的驅動技術
；對安全性要求更高
，要做到高度可靠。

當(dang)然(ran)
，所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)趨(qu)勢(shi)的(de)目(mu)標(biao)都(dou)是(shi)為(wei)了(le)打(da)造(zao)更(geng)加(jia)高(gao)效(xiao)節(jie)能(neng)的(de)電(dian)機(ji)係(xi)統(tong)，而(er)貿(mao)澤(ze)電(dian)子(zi)網(wang)站(zhan)上(shang)銷(xiao)售(shou)的(de)電(dian)子(zi)元(yuan)器(qi)件(jian)將(jiang)為(wei)此(ci)提(ti)供(gong)強(qiang)力(li)支(zhi)持(chi)
，攜(xie)手(shou)設(she)計(ji)者(zhe)們(men)一(yi)起(qi)為(wei)打(da)造(zao)“綠色地球”貢獻力量。

來源：貿澤電子

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