安森美扮演BLDC的技术拼图

作为电机控制和驱动系统中的重要执行器，可以说无处不在。毫不夸张地说，马达驱动着我们这个世界的“运转”。在众多类型的电机中，非BLDC(无刷DC)电机是近年来最引人注目的。

所谓的无刷DC (BLDC)有一个不可思议的名字，与历史更悠久的传统无刷DC电机相比。

具体来说，两者的主要区别在于：在DC电机中，采用永磁体作为定子，线圈缠绕在转子上，外部能量通过电刷和换向器之间的机械接触传递给线圈，通过改变电刷的位置来改变线圈上的电流方向，使线圈的一侧排斥定子永磁体的磁极，另一侧吸引磁极，从而产生连续旋转；在BLDC，线圈缠绕在定子上，永磁体用作转子，通过改变线圈产生的磁场方向来驱动转子旋转，通过控制流向线圈的电流方向和大小来控制转子的旋转，因此不需要电刷和换向器等机械部件。

BLDC的优势

与DC相比，BLDC电机因其独特的结构而具有许多优势：

一个

更大的扭矩

旋转过程中，DC电机的最大扭矩只能保持一会儿。为了获得更大的扭矩，你需要使用更大的磁铁。BLDC的工作原理决定了在相同的质量和输入功率下，它可以输出比DC更多的扭矩。

2

效率更高

由于BLDC具有良好的可控性，能够准确地实现所需的扭矩和转数等目标参数，因此电力的利用效率显然会更高。

三

寿命更长

DC电机工作时，电刷与换向器的接触会产生磨损，可靠性降低，使用寿命受到限制。而且电刷与换向器之间的摩擦会产生火花，限制了其在一些对安全性和可靠性要求较高的场景中的应用。BLDC没有这些问题，所以可靠性更高，使用寿命更长。

四

更低的噪音

DC电机中电刷和换向器的机械作用会产生音频噪声，EMI和电磁干扰的挑战会更大。相比较而言，BLDC发展中的这些“噪音”问题，不必过于担心。

五

更好的热性能

在DC电机的应用中，经常需要辅助散热装置，这将增加系统的体积。然而，BLDC电机具有更高的效率，更好的热性能和更小的体积。

总之，BLDC电机控制性能好、效率高、可靠、耐用、寿命长、外形更紧凑.它因诸多优势而受到市场青睐也就不足为奇了。

快速增长的BLDC市场

如今，在许多领域，如风扇、泵、电动自行车、电动工具、压缩机、农业机械、汽车电子等。BLDC汽车已经成为用户和开发者心目中的首选方案。

比如传统家电领域，以空调电机为例，2018年中国空调电机产量为3.6亿台，其中BLDC电机产量约为9600万台，但一直保持稳定增长态势，今年突破1亿台没有悬念。此外，相关能源法规的制定和不断增加的规范正在进一步加速BLDC家电产业的升级进程，未来空间巨大。

在一些新兴的应用中，BLDC已经占据了主流，成为了一个必选项。例如，在新能源汽车中，每辆车通常配备130至200台电机，其中BLDC占了相当大的比例。比如以BLDC为首的电动自行车行业，据欧洲自行车行业协会统计，2006年至2018年，欧洲市场电动自行车销量从9.8万辆增长至250万辆，复合年增长率为31%。研究还表明，从2020年到2027年，电动自行车市场的年均复合增长率将保持在7-11%。

降低BLDC的技术门槛

BLDC电机的优点已经在上面描述过了，但也不是没有缺点。最短的是BLDC控制和驱动系统设计复杂、成本高，这也是影响渗透率和扩展速度的主要障碍

因此，从技术角度来看，如何不断降低这款BLDC电机的技术门槛，加快其应用和发展，成为BLDC技术发展需要考虑的核心焦点。

典型的BLDC电机解决方案通常由四部分组成：

电机控制器：一般由MCU、DSP等主控芯片负责电机控制和算法处理，并根据BLDC电机反馈信号进行响应，为电网驱动提供6路PWM信号。

栅极驱动：也称为“预驱动”，它向功率器件的栅极施加电压，并根据控制器的输出信号提供驱动电流。

功率级：包括MOSFET或IGBT等功率器件，通过开关动作控制输出到BLDC负载的功率，驱动电机运动。

反馈回路：将BLDC电机的速度、位置、电流、电压、故障等信号反馈给控制器，形成闭环控制。

目前我们可以看到，BLDC技术解决方案的演进有两个明显的趋势：一是探索更高集成度，二是提供一站式整体解决方案。

所谓集成增强是指集成控制器、栅极驱动器和功率级以形成不同的解决方案。根据不同的“集成”策略，BLDC技术解决方案可分为四类：三个独立部件的离散驱动解决方案；将栅极驱动和功率MOSFET集成到IPM“IPM控制器”中的解决方案；门极驱动与控制器集成并增加功率器件的解决方案：集成所有三个部分的SoC解决方案。

这四种方案各有利弊。总的来说，随着集成度的提高，方案在成本和体积上的优势变得更加明显，但它们需要在功率、耐压和灵活性上做出性能上的妥协。因此，根据具体的BLDC应用选择最合适的方案尤为重要。

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我们再来看看“一站式”的整体方案。实际上，这就是要有能力为BLDC客户提供全系列的关键元器件，并且每类元器件中，还要有丰富的产品组合，以适应多样性的应用场景要求。

在这方面，安森美（onsemi）就是一个很好的范例。从图2中可以看到，除了主控MCU和电池包，安森美的产品可以全面覆盖BLDC中的各个功能模块，类别包括栅极驱动器、MOSFET、IPM电源模块、LDO、电流检测放大器、电子保险丝 （eFuse）等全系产品。这就像是提供了种类丰富的技术资源“拼图”模块，开发者只要根据自己的需要合理地“拼接”这些技术资源，就能够设计出一个理想的BLDC电机“作品”。

透视BLDC“拼图”模块

如果我们仔细探究安森美为BLDC电机准备的这些技术“拼图”模块，会有更多惊喜的发现。下面我们就通过几个经典的产品来做个透视。

电隔离式大电流栅极驱动器

隔离式栅极驱动器是BLDC技术方案中非常重要的一环，它为功率器件提供所需的高压、高速的驱动能力，同时具有符合安规的隔离性能。

安森美提供的电隔离大电流栅极驱动器具有高瞬态和电磁抗扰度的特性。如NCx5700x是大电流单通道IGBT驱动器，支持》5kVRMS（符合UL1577标准）电隔离和》1200VIORM的工作电压，同时具有互补输入、开漏故障、就绪输出、有源米勒钳位、精确UVLO、DESAT保护、DESAT软关断，以及便于进行系统设计的独立高侧和低侧（OUTH和OUTL）驱动器输出等功能，有利于提高大功率应用的系统效率和可靠性。在应用开发中，安森美的电隔离式大电流栅极驱动器的半桥节点无需保护电路，由此可以带来更大的PCB布局灵活性。

NCx5700x可在输入侧提供5V和3.3V信号，在驱动器侧提供较宽的偏置电压范围，包括负电压能力，可以满足不同应用的要求。NCx5700x系列采用宽体SOIC-16封装，输入和输出之间的爬电距离保证为8mm，以满足增强的安全绝缘要求。

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Trench6 N沟道MV MOSFET

在BLDC功率级的设计中，高效率的功率器件必不可少。安森美为此提供了非常丰富的MOSFET产品，其中Trench6 N沟道MV MOSFET是最值得关注的“代表作”。

该MOSFET系列由于采用先进的屏蔽栅极（Shield Gate）功率沟槽工艺，大幅降低了导通电阻，优化了开关损耗，提高了功率密度。这些MOSFET包括30V、40V和60V的产品，具有各种小尺寸封装选项，支持更大的设计灵活性。

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电流检测放大器

在BLDC的反馈回路中，电流检测放大器用来监控电流消耗，为控制器提供有助于系统安全和诊断功能的关键信息。

安森美的电流检测放大器集成外部电阻器，可以提供精度更高、尺寸更小的解决方案。这些电流检测放大器可最大限度地减小BOM空间，优化性价比，提高系统灵活性。

它们支持-0.3V至+26.0V很宽的共模输入范围，电源电压范围2.2V至26.0V，具有低失调电压、低偏置漂移，在整个温度范围内都具有高精度，可实现更高功效，还提供符合AEC-Q101标准并具有PPAP功能的选项，满足车载BLDC方案设计要求。

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电子保险丝

在BLDC电机这样的功率应用中，电路保护功能自然少不了。为此，安森美的电子保险丝在单一器件内提供了一整套集成解决方案，支持过流、过压、过热、反极性和浪涌电流保护，并能够通过GPIO报告故障和禁用输出。

安森美的电子保险丝同样有丰富的产品组合可选，电压范围为3V至12V，支持1A至12A连续电流，有助于在各类BLDC系统紧凑的电路板布局中，提供全面的保护功能。

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宽Vin/Vout LDO稳压器

在BLDC方案内部的电源管理设计中，LDO稳压器是常用的器件。在这方面，安森美的宽Vin/Vout LDO稳压器，是一款值得推荐的产品，其输入电压范围2.7V至60.0V，输出电压范围1.2V至33.0V，有固定和可调选项。

该LDO系列产品具有超低静态电流（典型值1μA）、快速瞬态响应以及大输入和输出电压范围，还可选配高电源抑制比 （PSRR） 和低噪声等其他特性，有多种封装类型可选（从最小行业标准尺寸到更大功率封装），可以满足BLDC控制中多样性的设计需求。

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BLDC开发的“新起点”

看了上面展示的这些安森美的设计资源“拼图”模块，你是不是会觉得BLDC方案开发一定能手到擒来？且慢，实际的设计开发过程没有那么简单。

据分析，BLDC方案的开发过程，从头到尾要有数百个决定要做；而令开发者更挠头的是，需要面对不同的最终客户，每个客户都有自己的成本、能效、功率密度、外形尺寸、维护、使用寿命等性能考量，这就让实现BLDC最终方案的工作量成倍增加。

如果针对每个方案的设计都是从零开始，这时即使你知道摆在你面前的那些技术“拼图”模块（也就是可供使用的元器件）都很棒，但是想要将它们最终完美的拼接起来，还是会颇费周折，其复杂性甚至会让人望而却步。

为了应对这个难题，安森美推出了一个称为“新的一阶近似值起点”（new 1st order approximation starting point）的解决方案，其核心思路就是建立一个完整的栅极驱动与功率开关器件的（MOSFET / IGBT）匹配表，用5个表格覆盖从12V到650V、功率分布高达6kW的各种BLDC电机的应用需求，这样一来开发者根据最终的设计需求快速查询表格，就能够按图索骥锁定最合适的栅极驱动与功率开关器件组合。

这些表格的清单包括：

BLDC表#1：12V和24V（N-FET）高达1.1kW

BLDC表#2：48V和60V（N-FET）高达1.5kW

BLDC表#3：48V和60V（N-FET）高达3kW

BLDC表#4：300V和400V（IGBT）高达6kW

BLDC表#5：300V、400V和650V （IPM） 高达6 kW

图8：BLDC表#1 - 12V和24V（N-FET）高达1.1kW（资料来源：安森美）

安森美还提供了一个很好的在线工具，用于构建带有 IPM（集成功率模块）的BLDC。用户输入15种工作条件，该工具会生成多个详细的分析表以及12个捕获关键热和功率性能的图表。

所有这些举措，都能够将BLDC系统的设计从旧的起点（Old Starting Point）向前大大跃升一步，达到一个“新起点”，从这里起步，BLDC的整个开发进程也会因此而大为提速。

总而言之，未来10年BLDC电机的应用将迎来一个稳健而高速的发展期，谁能快速整合起优势的技术资源，开发出最终应用所需的解决方案，谁就能够把握住这一市场机遇。而安森美已将拼接BLDC方案所需的基础产品模块和高效的设计工具摆在了你面前，玩起BLDC的技术“拼图”，应该会更加得心应手，事半功倍。

贸泽电子和安森美合作，也将与BLDC相关的一些高质量的技术资料“拼接”在一起，整合在一个在线专题中，想成为BLDC技术“拼图”高手，你想要的攻略尽在其中，快来看看吧！