家電產(chǎn)品采用無刷直流（BLDC）馬達(dá)或永磁同步馬達(dá)（PMSM）等變頻設(shè)計(jì)的風(fēng)潮日益盛行，促使微控制器（MCU）業(yè)者加緊推出更高運(yùn)算性能與周邊規(guī)格的產(chǎn)品，并紛紛強(qiáng)化功率半導(dǎo)體元件戰(zhàn)力，以提供完整的變頻馬達(dá)控制和驅(qū)動(dòng)解決方案。

　　無刷直流變頻馬達(dá)強(qiáng)勢席卷馬達(dá)市場。傳統(tǒng)的小型電機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，應(yīng)用的馬達(dá)多為交流單相感應(yīng)馬達(dá)（Single-phase Induction Motor），后來有部分應(yīng)用市場將其汰換為效率稍高的直流有刷馬達(dá)（Brushed DC Motor）；不過，為了減少電刷帶來的功率損耗與危險(xiǎn)，利用半導(dǎo)體元件與電子電路改變馬達(dá)磁場進(jìn)而產(chǎn)生電力的無刷構(gòu)造馬達(dá)，其勢力正在快速崛起。

　　功耗低又安全　無刷馬達(dá)賣相佳

　　圖1　意法半導(dǎo)體大中華暨南亞區(qū)產(chǎn)品行銷經(jīng)理?xiàng)钫硎?，以電子電路控制的無刷構(gòu)造馬達(dá)，讓半導(dǎo)體元件商有大展身手的機(jī)會(huì)。

　　意法半導(dǎo)體（ST）大中華暨南亞區(qū)產(chǎn)品行銷經(jīng)理?xiàng)钫▓D1）表示，為了改善交流感應(yīng)馬達(dá)效率不佳的詬病，市場上一度掀起有刷直流馬達(dá)風(fēng)潮；不過，有刷直流馬達(dá)在電路設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)動(dòng)方向上雖容易控制，且靜態(tài)轉(zhuǎn)矩高、啟動(dòng)扭力大，不過因其含電刷（碳刷）構(gòu)造，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)造成明顯的功率損耗，降低整體馬達(dá)輸出功率，使其能效不甚理想。

　　有刷直流馬達(dá)是靠電流流經(jīng)電刷，再經(jīng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，而其垂直磁場的產(chǎn)生則系經(jīng)由電刷與換相器 （Commutator）的調(diào)整，使流入電樞的電流，能控制磁場變化。其缺點(diǎn)除了因電刷摩擦帶來的功率損耗之外，更有安全上的疑慮，因?yàn)殡娝⑴c換相器間容易產(chǎn)生火花，且須定期清理電刷磨擦所產(chǎn)生的污物，使用一段時(shí)間后還可能因故障而須定期更換，增添使用的不便利性。

　　楊正廉進(jìn)一步表示，至于無刷馬達(dá)的設(shè)計(jì)，主要是解決直流有刷馬達(dá)的電刷與換相器功率損耗問題，其運(yùn)作原理與有刷式直流馬達(dá)最大的不同，在于改以電子電路控制方式，而使轉(zhuǎn)子與定子磁場能保持在90度相位差，再配合適當(dāng)?shù)?a target="_blank">驅(qū)動(dòng)電路，有效控制換相時(shí)序，以提高效率或增加轉(zhuǎn)速范圍。

　　此外，由于無刷馬達(dá)是靠線圈產(chǎn)生磁場再讓電樞運(yùn)轉(zhuǎn)，少了電刷與軸的摩擦，因此較為省電、安靜。

　　值得注意的是，改以電子電路方式控制的無刷馬達(dá)，也讓半導(dǎo)體元件商有大展身手的機(jī)會(huì)。楊正廉表示，過去傳統(tǒng)架構(gòu)的馬達(dá)，僅需簡單的電壓輸入與輸出即可驅(qū)動(dòng)馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)，不需復(fù)雜的磁場控制與變頻需求，其控制重點(diǎn)在于機(jī)械設(shè)計(jì)部分，因此微控制器（MCU）、功率元件僅是配角；不過，透過電子電路控制方式產(chǎn)生磁場的無刷構(gòu)造馬達(dá)，則讓MCU及功率半導(dǎo)體元件一躍成為馬達(dá)世界的當(dāng)紅主角。

　　楊正廉分析，馬達(dá)講求控制速度、精確度等各種參數(shù)的即時(shí)性及正確性，因此內(nèi)部的控制元件不但要有高性能表現(xiàn)，亦須有完善的軟體演算法支援，所以目前MCU廠商除了提供完整的開發(fā)平臺(tái)之外，亦會(huì)同步建置軟體資料庫。

　　以意法半導(dǎo)體為例（圖2），該公司不僅針對(duì)不同等級(jí)的馬達(dá)控制應(yīng)用提供以安謀國際（ARM）Cortex-M0到Cortex-M4為核心的全系列硬體開發(fā)套件，并搭配周邊驅(qū)動(dòng)電路配置參考設(shè)計(jì)，平均每三個(gè)月還會(huì)更新一次軟體資料庫，讓馬達(dá)開發(fā)商透過軟體演算做到最精準(zhǔn)的調(diào)校。

　　圖2　意法半導(dǎo)體針對(duì)馬達(dá)控制應(yīng)用推出的Cortex-M0到Cortex-M4 MCU產(chǎn)品藍(lán)圖　

　　在多種無刷構(gòu)造馬達(dá)產(chǎn)品中，又以直流無刷馬達(dá)（Brushless DC Electric Motor， BLDC）與永磁同步馬達(dá)（Permanent-magnet Synchronous Motor， PMSM）最受矚目，此兩種馬達(dá)又可統(tǒng)稱為直流變頻馬達(dá)（圖3）；隨著消費(fèi)者節(jié)能環(huán)保意識(shí)逐漸抬頭，這種無刷構(gòu)造的直流變頻馬達(dá)，亦正全面搶進(jìn)家電應(yīng)用市場。

　　圖3　BLDC/PMSM架構(gòu)圖