在汽車和工業系統創新以及生產技術進步的推動下，伺服驅動器、電機和控制它們的設備代表了持續的增長機會。預計到 2022 年，汽車和運輸行業將占伺服電機和驅動器銷售額的最大份額，直到 2022 年。對伺服驅動器、控制器和電機的需求仍然強勁，以幫助公司提高工業環境的效率。

導引和速度/轉矩控制要求和技術因電機類型而異，從直流和通用電機的電壓和電流的簡單控制到交流電機的逆變器的使用，無刷電機中不同相位的反饋切換，以及復雜的數字電路步進電機驅動序列。即使對于感應和開關磁阻類型等傳統模擬電機，如今傳統模擬技術也伴隨著越來越復雜的數字控制方法，從而能夠以低成本實現解決方案。微電子設備的使用能夠更好地控制速度、位置和扭矩，以及更高的效率。

圖 1：電機控制 IC 的框圖（圖片：Maxim Integrated）

電機控制電路必須快速激活和停用電機線圈中的電流，同時將開關或傳導損耗降至最低。MOSFET 和絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 都可以滿足一系列應用中的電機控制需求。這些電控設備在功能和屬性上都相似，在其內部設計上也存在重疊的地方。在大多數應用中，它們用于 H 橋配置，以控制流向兩個或多個電機線圈的電流路徑。這允許完全控制電機的速度和方向（圖 1）。

電機概述

每個包含電機或機械驅動要求的設計項目都必須評估是使用連續電流設計還是步進電機或伺服電機。在連續電機中，使用永磁體或繞組在定子中產生靜磁場。轉子由線圈組成，其中電流通過石墨刷到達，石墨刷壓在旋轉軸上的歧管上。電流流過連續的繞組以保持旋轉。

交流電機可以是同步的或異步的。在異步電機（也稱為感應電機）中，定子繞組的排列形成近似正弦分布。同步電機包括無刷直流和交流電機以及開關磁阻電機和由正弦電壓源供電的電機。

在無刷電機中，轉子具有永磁體，位于定子上的繞組由控制電子設備按合適的順序供電。無刷直流電機由不同定子繞組上連續信號的切換序列驅動。無刷交流電機可制成帶永磁體的同步交流電機；在這種情況下，它們由正弦信號驅動。沒有刷子通過消除摩擦源來提高效率。開關中沒有機械部件允許實現更高的旋轉速度。

步進電機是由直流供電的無刷同步電機。轉子在特定位置保持靜止。步進電機可以非常精確地將轉子軸旋轉幾度，而無需使用傳感器來檢測角位置。

關鍵參數

與大多數電子元件一樣，一些主要和特定的性能參數決定了設備和應用程序之間的初始對應關系。電機控制設備的主要參數是電流和電壓管理值，因為這些值決定了特定部件是否可以支持電機負載要求。

對于 MOSFET，下一個關鍵參數是導通電阻 (RDS(on)) 和柵極電容。較低的導通電阻會降低導通過程中的電阻損耗和電壓降，從而降低耗散負載并提高效率。門容量決定了在所需的轉換時間（開關速度）下完全激活和停用門所需的當前頻率和速度。對于 IGBT，下一個關鍵參數是壓降 (Vdrop)，它是通過 PN 結的二極管和內部 MOSFET 的貢獻之和。溫度和電流水平會影響 RDS(on) 和 Vdrop 參數。

一般來說，MOSFET 提供更高的開關速度（以兆赫為單位）和更高的峰值電流。IGBT 可提供約 10 A 的電流值，并且堅固耐用，但開關速度較慢。對于電機控制應用，基本準則是 MOSFET 是更低電壓和電流以及更高開關頻率的更好選擇，而 IGBT 是更高電壓/電流和更低頻率的更好選擇。