如何兼顧節能與高效?InPAC智能相位控制技術給您答案

2020-11-30 EDN電子設計技術

BENednc

科技發展過程中，不可避免地產生了相應的能源問題，而隨著工業、電氣化機械等產業的能耗逐漸加大，伴隨而來的能源損耗與環境汙染問題也日益嚴重。對於應用廣泛的工業設備與家用電器而言，節能與高效成為了首要功能指標。這其中，電機控制器起著至關重要的作用，如何設計更加高效的電機控制器系統成為了一道擺在所有人面前的難題。BENednc

傳統的無刷直流電機驅動器通過霍爾信號反饋並控制轉子位置，而由於電機高速轉動以及電機存在阻抗的因素，電機相反向電動勢與電機相電流之間存在相位差，導致電機往往不能達到最佳工作效率。為了調節相位差，家電和工業設備製造商越來越多地採用變頻技術來控制風扇電機以滿足需求。然而想要在寬轉速範圍內實現高效率，需要大量元件用於相位調節，同時還需要引入MCU控制系統，所帶來的研發時間與成本增長令人難以滿意。BENednc

為了應對這一局面，東芝研發了用於無刷電機的東芝原創電機控制技術——智能相位控制（InPAC）技術，這是一項可輕鬆實現節能效果的全新電機控制技術。通過應用InPAC智能相位控制技術，可以在保持MCU控制系統效率的同時，大大節省開發時間與成本消耗。BENednc

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InPAC系統方框圖BENednc

正如上文中所說，當無刷直流電機以正弦波進行驅動時，由於電機本身存在阻抗的影響，電機轉速變化會引起電機電壓與電流的相位差，這會導致功耗增加，大大降低電機驅動效率。InPAC智能相位控制技術比較了電流相位（電流信息）和電壓相位（霍爾效應信號）之間的關係，並向電機電流控制信號提供反饋，用戶通過初始設置便可以輕鬆地對相位差進行自動調節，在整個工作轉速範圍內實現最大的工作效率。最大程度上優化了傳統電機產品相位差調節的複雜流程，大大降低了客戶在研發過程中的負擔。BENednc

              傳統電機控制技術                                                         InPAC智能相位控制技術BENednc

那麼，InPAC智能相位控制技術優勢如何調節無刷電機的電流與電壓之間的相位差的呢？這裡就需要提及InPAC的一大技術特點：全新的自動導程角控制技術。BENednc

當電機控制器／驅動器具備傳統的自動導程角控制功能時，雖然可以基於霍爾傳感器所發送的轉子位置信息來通過實際設備調整導程角。但當電機常數、轉速和其他因素發生變化時，還需要而對導程角進行實時調整。BENednc

InPAC技術在檢測到電機電流相位信息後，將反饋該信息用於自動導程角控制。當比較器檢測零交叉電機電流時，可以生成零交叉電流信號，自動調節導程角可以使零交叉霍爾信號匹配零交叉電流信號。當電機應用具有傳感器時，霍爾信號的相位將自動進行調整以匹配電機驅動電流的相位。與傳統的固定導程角控制拘束不同，InPAC技術不論電機的轉速、負載扭矩和電源電壓是多少，都可以做到提高電機的工作效率，消除了根據電機的操作狀態變化而進行編程的需求。同時，InPAC技術還做到了大大減少導程角控制所需要的外部組件數量。BENednc

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舉例而言，當電機轉速處於3000pm時，相比傳統的固定導程角控制，InPAC可以降低電源電流約10%左右（根據東芝的測量基準）。BENednc

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不同轉速條件下的固定導程角模式與InPAC模式的對比BENednc
（LA：Lowest Supply Current，電源電流）BENednc

 為了滿足新的需求，東芝開發了InPAC，以應對不斷加快的社會和技術趨勢。InPAC無需複雜調整即可使用。東芝提供採用InPAC的各種無刷直流電機驅動控制器的產品組合以滿足不同需求。BENednc

東芝推出了兩款應用自動相位調節功能InPAC技術的三相無刷電機控制器IC，分別是 「TC78B041FNG」和「TC78B042FTG」兩款產品。在東芝InPAC技術的加持下，兩款產品可以在寬轉速得範圍下驅動電機的同時還保持了媲美MCU控制系統的效率，通過簡單地霍爾信號和輸出電流相位調節，以實現高效率驅動。在封裝方面，TC78B042FTG採用VQFN32（5mm×5mm×1mm）封裝，便於在有限空間內安裝。也提供常見的SSOP30封裝的TC78B041FNG。在應用層面，這兩款三相無刷電機控制器憑藉其低噪音低震動以及小封裝等特點，被廣泛應用於空調、空氣淨化器等家用電器及工業設備上。BENednc

 本文為《電子技術設計》2019年10月刊雜誌文章。BENednc

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