“有数据显示，全球45%的能量是电机消耗的，提高电机能效意义重大。为应对能源消耗，全球很多国家在能效上均发布了相关标准。将传统交流感应电机转换为高效率的BLDC电机是提高能效的有效手段，与此同时却带来了新的挑战。”德州仪器（TI）电机驱动器业务部门总经理Kannan Soundarapandian如是说道。

人们需要的是噪声更低、能效更高的电器

为追求空间敞亮和使用灵活性，在如今的家居空间设计中，“开放性”受到追捧。这就意味着在如今的客厅空间里会放置更多的家电产品，如冰箱、油烟机、洗碗机、洗衣机、烘干机等。这些家电产品的噪音交织在一起，会对空间环境造成很大的噪音污染。在解决噪音方面，通常有三种方法：

（1）阻止传播。从传播路径上进行阻断，如非开放性空间设计中的墙，或通过吸音系统阻止噪声传播。

（2）改变噪声。利用一些技术手段改变声音，如分析噪音频率，利用一些手段改变它。

（3）从源头避免。从源头上避免产生噪音，这也是TI最推崇的一种方法。

常用电器的平均噪声水平（图源：TI公司）

每一个家电产品都会发出噪音，因不同的电机运转情况，产生的噪音大概从40-100dBA不等（测量声音的距离通常为人与电器之间的距离，来源：Nonoise.org）。在开放性空间环境下，人们对改善噪音的需求比以往更加强烈。

与此同时，能效也是人们在选购家电产品时重要关注的问题。在中国，我们常常会见到电器的右上角贴有“中国能效标识”标签。类似这种能效标志也出现在很多其他的国家，为了应对能源消耗，各国发布了相应的能源消耗限制值。

各国政府的能效标志（图源：TI公司）

“有数据显示，全球45%的能量是电机消耗的，提高电机能效意义重大。为应对能源消耗，全球很多国家在能效上均发布了相关标准。将传统交流感应电机转换为高效率的BLDC电机是提高能效的有效手段，与此同时却带来了新的挑战。”德州仪器（TI）电机驱动器业务部门总经理Kannan Soundarapandian如是说道。

（1）驱动BLDC，因其系统控制复杂，开发周期也很长。

（2）由于系统复杂，因而需要的硬件电路板、器件也会非常多，如变频器电路板、开关器件等，电路板尺寸也会相应变大。

（3）软硬件开发周期带来的开发成本、器件增加带来的材料成本增加，导致系统成本也相应增加。

BLDC电机驱动器在发展

针对BLDC电机在使用中面临的开发周期长的问题，TI认为不需要编程会是很好的解决办法，可以省去软件开发的周期。然而，即使不需要开发软件，BLDC电机在应用中依然存在一些问题：

（1）由于软件已经编好不能再改变，它带来的首要问题是很难优化性能。

（2）不同电机生产厂家生产出的电机存在不一致性，将会导致最终产品性能的不一致性。

此外，为了应对电路板尺寸增加造成的成本上升，BLDC电机驱动器逐渐向高度集成化发展，由此带来诸多亟待改善之处。

两款新品让问题变得简单

近日，TI推出了业内先进的70W无刷直流 (BLDC) 电机驱动器，用于提供无需编程无传感器的梯形和磁场定向控制 (FOC)。新产品的具体型号是MCF8316A和MCT8316A，逐一解决了BLDC驱动器的各种挑战：

（1）无需编程，缩短客户开发周期。即便已经设计好软件，在进行软件性能的优化时也会耗费很多时间。根据经验数据，一个资深的电气工程师调谐一个电机需要花费数周或数月。TI此次推出的新品可以将这段时间缩短到10分钟。

（2）采用实时控制。通过闭环控制一方面能够快速响应客户目标设定的变化，另一方面可以应对外部复杂的变化。如当吸尘器负载突然加重时，使用实时控制，吸力不会变少。

（3）降低噪音最根本的方式是从源头来消除，TI的芯片有很多先进的设计可以降低噪音的产生。

更小的布板空间

MCF8316A和MCT8316A两款芯片采用不同的技术，分别是磁场定向控制和梯形控制，都不需要传感器。通过这两个产品，可以将整个方案的尺寸减少70%。

布板空间减小多达70%（图源：TI公司）

电机驱动至少包含三部分：MCU、MOSFET功率器件、栅级驱动。全分立的方法即MCU搭配门级驱动电路，再加一些分立的MOSFET，需要28个器件，面积约7cm²；集成式栅极驱动器方案将MOSFET功率器件集成进去后，尺寸面积实现了缩小；第三种方法是将栅级驱动和MCU集成在一起，进一步缩小面积。

MCF8316A和MCT8316A将三大功能全部集成在一款芯片里，面积仅约2 cm²，这些器件集成了三个栅极驱动器和六个高侧和低侧MOSFET，每个均具有50mΩ的导通电阻 (RDS(on))。这使得TI先进的BLDC电机驱动器可在12V和24V系统中提供高达70W的功率和8A的峰值电流。这些电机驱动器还集成了例如低压降（LDO）稳压器、直流/直流降压稳压器和电流检测放大器等元件，将周边的器件由28个降低为10个。

快速实时控制

两款芯片都可以防止总线电压的泵升。通常当BLDC电机高速运转而需要快速降低它的速度时，电机会变成发电机，这时电机本身的能量会反灌到驱动器的总线上，带来总线电压上升，总线电容、变频器等部分的MOS管会因此而烧掉。TI两款芯片的实时控制功能会实时检测总线电压，同时会动态地调整降速的比例，始终保持总线电压是安全的。通过这种方式能够实现降低转速，同时又能保证总线电压不超标，并且降速时间比传统时间快50%。这是这两款芯片共同的功能。

两款新品各具特色

磁场定向控制（FOC）和梯形控制还各有其特点。

无传感器BLDC 控制方法（图源：TI公司）

MCF8316A是磁场定向控制的芯片，电机参数不需要电机厂家提供，电机启动时可以实现参数自动识别。这解决了对同一个电机厂商生产出的同一批电机参数不一致的担忧，且调整供应商后不需要重复检测电机参数。此外，芯片可以自动配置PI参数，省去电机控制工程师复杂的修正工作，进而大大地加速设计时间。

声学性能方面，MCF8316A与传统的控制方式相比，可以将噪声降低多达2dBA。奥秘在于芯片采用了TI专利的精密自动死区时间补偿技术，可补偿电流失真，使电流波形更加正弦化，实现电机声学性能的优化。

MCT8316A采用梯形控制，同样有它的一些特点：

（1）可以简化接口。大部分电机控制芯片需要配备微控制器（MCU），完成闭环控制，MCT8316A则自动带闭环控制，使系统更加简化。使用5个硬件接口就可以进行配置、控制，实现速度闭环和扭矩的控制。

（2）可以实现快速实时控制。由于它采用了实时控制，可以为需要快速实时控制的应用提供高达3.5 kHz的电机速度，这种高速的输出功能对吸尘器或者无人机等器件来说是非常重要的功能。

（3）可以减少噪音。芯片含有一些经过优化的噪音设计，通过内部的先进算法，使工程师能够非常容易地降低噪音。

系统成本更低

从交流感应电机过渡到BLDC电机可以降低功耗、减少噪音，而系统设计成本却出现攀升，但从整个系统生命周期的成本来看，这一选择实则更具性价比。

一方面，同性能水平的BLDC电机将带来10%-15%的能效提高，系统设计中包括散热方面在内的成本会相应减少；另一方面，MCF8316A和MCT8316A支持BLDC电机，相对交流感应电机整体的生命周期更长，从整体生命周期来看，成本相对更低。

MCF8316A和MCT8316A两款芯片支持到70W，可以支持高速的应用。对噪声和能效有较高要求的家电产品是其非常适合的一个市场，如风扇、吸尘器等。此外，由于芯片内部集成了多种功能，非常适用于各种不同的电机，因此对于水泵、油泵、风机等相关的应用领域都可以广泛地覆盖到。