变频马达首要依托半导体元件组成的电子电路来驱动马达作业，其间MCU数位操控技能的良寙攸关着马达功率是否抱负；而在MCU操控技能日趋老练，加上FOC演算法助力之下，变频马达功率将逐渐跃进。
马达是家电产品中，不可或缺的动力元件，马达的运用量，也是日子舒适程度的目标之一。家电产品中，常见的马达根本上有三种：沟通感应马达（AC Induction Motor， ACIM）、直流有刷马达（Brushed DC Motor）、直流无刷马达（BLDC/PMSM）（亦称变频马达）。事实上，马达的分类办法可从以下几点区别。
．电源
从电源的运用上来看，可简易分红沟通马达与直流马达两大类。
．操控办法
从马达操控上来看，可以简易分红同步操控与非同步操控（感应操控）两大类。BLDC/PMSM马达选用同步操控办法，系运用定子上的电流操控来同步操控马达转子的旋转。ACIM马达选用的是感应操控办法，系运用定子的电流环的操控，感应带动转子，转子磁场环与定子磁场环因而存在速度差。
．定子绕线组数
最常见的有三相马达与单相马达，其间三相绕组还有分红Y结线与星型结线两种。
．电刷
从电刷有无来看，可以简易分红有刷马达与无刷马达两大类。有刷马达将直流电供给绕组的组织为电刷与整流子（固定在定子上的便是电刷，固定在转子上的便是整流子），无刷马达则是选用电子电路来替代电刷与整流子。
家电产品加快导入 高功率节能马达商机起飞
驱动直流马达在家电产品的运用风潮的主因有以下几点。
．动力危机
根据世界动力总署（IEA）资料显现，马达是耗电量最大的运用，约占全球电力耗费46%以上，因而也成为业界执行节能减碳的首要改进要点，其间直流马达在高功率节能上的体现，优于传统的ACIM。直流马达的运用，已渐成家电产品动力元件的趋势。
据估计，从IE1晋级到IE3，省电功率可进步8%。马达最低能效规范（MEPS）方针施行，现在是在宣导期，未来一旦进入强制期，将掀起一波马达汰旧换新风潮，并影响马达制造商与半导体厂，加快推出更高功率的新计划。
．电源技能进步
三个要害的电源技能–锂电池元件、开关电源供给（Switching Power Supply）技能以及太阳能板电源技能的选用，让家电产品产品与举动电源结合成为新的安全家居与休闲概念产品。例如近年来在日本大为盛行的充电式电扇，标榜为安全家电，其停电可运用电池，有电时运用转接头（Adaptor）透过市电供电。别的欧洲人喜爱旅行，充电式电扇可随身携带，露营时没有市电插，也可以有电电扇吹。充电式电扇除了可结合太阳能板充电，也可以运用轿车DC12伏特（V）充电，运用适当便利。
．数位操控IC技能老练
现在微操控器（MCU）价格大幅下降，以投合家电产品规划加量不加价的规划需求。此外，数位脉宽调变（PWM）操控技能老练，可用同一颗IC做到方波或弦波操控，让马达制造商与半导体业者在厂物料控管上更为便利。
．DC马达元件优势
在相同功率下，DC马达功率转化功率比传统的ACIM还要好。此外，家电产品因应本钱下降，常须运用塑胶资料，而塑胶资料十分怕过热，例如养生的果菜汁机、食物搅拌机等。DC马达相较AC马达不易发烫，因而更具优势。
另一方面，在相同功率下，DC马达扭力也较ACIM强。近年来家电组织规划着重漂亮，有小型化规划趋势，因而DC马达较ACIM更合适用于体积小但要求大扭力的家电马达产品，例如电动起子、饮水机用水泵、医疗用气泵等。
．家电新趋势
居家日子品质的进步已成为全球趋势，DC马达的静音诉求与无级调速功用很多运用在新家电产品功用规划上，例如DC落地扇、吊扇、空调产品等。
驱动高功率BLDC MCU要害规划有门道
BLDC马达操控首要是选用同步操控办法，更准确地说，BLDC是一种双回授操控办法。由MCU操控定子电流方向，主导转子下一步的方位，转子方位回授，转子方位回授分红有感测器（Hall或是Encoder）与无感测器（Sensorless）两种办法，别的，电流回授首要意图在于过电流维护用。整个BLDC计划体系方块图如图1；从图中，可以简易看出决议马达产品功率的要害元件。
图1 BLDC体系装备方块图
．Power电路
首要分红市电运用与DC电源运用两种，首要规划考量为功率转化功率。
．MOS元件
首要为Rds标准，考量要点在于金属氧化物半导体场效电晶体（MOSFET）发热损耗。
．Gate Driver驱动电路
首要有两种–三级管电路与闸极驱动器（Gate Driver） %&&&&&%；考量要点在于Gate Driver Rising/Falling Timing所形成的开关元件损耗。
．MCU
根据产品计划需求，可选择以方波或是弦波操控，调配马达回授操控感测器计划与无感测器计划，可以分红四种计划：方波Hall计划、方波Sensorless计划、弦波Hall计划与弦波Sensorless计划。
．马达资料
首要考量铜损、铁损等马达资料特性所形成的功率损耗。
MCU马达操控内部规划首要分红五大部分（图2），以下列点阐明。
图2 PWM Edge-aligned Mode与Center-aligned Mode电路
．PWM调制电路
首要有Edge-aligned Mode与Center-aligned Mode两种形式。
．马达定子电流操控电路
调配Hall Sensor Decoder与Mask电路装备决议方波操控与弦波操控办法。
．马达驱动电路操控
首要设定MOS死区时刻（Dead-time）、外部Gate Driver电路驱动极性、防呆电路等操控办法。
．马达转子侦测电路
运用专属的Timer观测转子方位改变，侦测转子转速与堵转与否。
．马达维护电路
首要有马达驱动过电流维护电路与马达堵转维护电路两种形式。
此外，马达操控办法根本上选用的是操控体系常用的PID操控办法（图3），以速度环PID操控为例，其运作过程如下。
图3 马达PID操控要素
1.从人机介面获得控速指令，例如VR=0.5V代表机械转速500rpm
2.决议马达定子电流操控办法，例如以方波操控或者是弦波操控。
3.选用Hall或者是Sensorless办法监控马达转子方位并监控转子转速。
4.MCU核算马达是否抵达转速要求，运用PWM机制做转速调整。
要特别注意的是，高功率马达操控很注重换相点与定子电流的换相方位，根据马达特性不同转速，对换相点的补偿可能会有所不同，需要依产品需求来做换相点操控的补偿与调整，因而可以轻易地从马达的DC Bus电流平稳度，看出马达操控是否可靠。
FOC演算法助力 PMSM操控功率晋级
针对PMSM（反电动势是弦波），高效节能马达操控办法选用磁场定向操控（Field Oriented Control， FOC）办法操控，调配这种弦波电流办法操控，可以到达最高功率，首要运用于空调类压缩机与大功率马达运用，例如跑步机、电动摩托车等。
FOC计划体系架构图如图4，A线的右边可以说是用定子的视点来看体系改变，而A线的左面便是以转子的视点来看体系改变。
图4 FOC演算架构图
FOC是用向量来替代定子电流做操控，一般又称为向量操控（Vector Control），其运算原理首要是将马达的三相电流的三维座标轴，转化成二维座标轴（d和q座标轴）上。
FOC系选用数学办法来完成三相马达的力矩和励磁的解耦操控，因而定子电流可以被当作励磁电流Id（发生励磁）或交轴电流Iq（操控电磁力矩，类似于DC马达的电枢电流）
FOC演算法长处在于可在最佳的扭力之下作业，当负载改变时，速度回应快速而准确，让马达的暂态功率得到优化，且在动态反响中，可以到达十分精准的可变速度之操控。
FOC计划规划亦可分红有FOC-Hall与FOC-Sensorless两种办法（图5）。
图5 FOC-Hall与FOC-Sensor-less电路架构图
．FOC Hall
运用Hall信号做转子方位侦测，可精准侦测马达转子方位
．FOC Sensorless
透过两路类比数位转化器（ADC）侦测电流，通过MCU转化核算获得马达转子方位。
要特别注意的是，要做到精准的Ia/Ib电流检测，除ADC转化速度的标准，一般需要求到1Mbit/s的采样速率之外，包括印刷电路板（PCB）规划与外部滤波电路的调配，再加上MCU演算法的了解，环环相扣，都是适当重要的。
