BLDC和BDC安排有什么区别

虽然大多数工程师认为无刷直流电机是最佳选择，但较旧的有刷电机可能更好，同时提供了客观看待设计选项的重要性的课程。

您需要一个小型电机用于项目，并且您会本能地看到各种标准无刷直流 （BLDC） 电机。这样做有多种原因：它们很容易使用当今的控制器 IC 或嵌入式固件驱动;您可以轻松地将所选电机与处理器和电机极之间的必要 MOSFET 驱动器相匹配;而且它们很可靠，并且由于没有滑动接触电刷而产生最小的 EMI。

但是等等。..BLDC 电机供应商网站还提供有刷直流 （BDC） 电机，这些电机“永远”存在。为什么有人会选择有刷电机，因为它有刷子或接触手指的问题，以及难以严格控制其性能，除了成本较低或在传统应用中使用？这根本说不通。

直到在《医疗设计简报》上看到一篇关于复杂便携式输液泵电机选择的文章，“每一滴都很重要：设计电机以优化家用和动态输液泵”。这种线性蠕动泵机构是一种高级应用，其中低成本肯定不是选择过程的主要标准（当然，它是其中之一）。本文清楚地阐明了无芯有刷直流电机与 BLDC（以及步进电机，BLDC 变体）在效率、紧凑性、使用寿命、噪音水平和可靠性方面的相对优势。它包括对电机设计和尺寸的分析，并非常清楚地说明了为什么古老的有刷电机，尽管采用更现代的“无芯”配置，但在这里是最佳选择。

BLDC 和 BDC 安排有什么区别？简而言之，无刷电机在外壳内部周围固定了一组电磁线圈（极），并且高强度永磁体连接到旋转轴（转子），图1（右）。当两极由控制电子设备（电子换向 – EC）依次通电时，转子周围的磁场旋转，从而吸引/排斥转子，转子被迫跟随磁场。

驱动极点的电流可以是方波，效率低下并引起振动，因此大多数设计使用斜坡波形，其形状针对所需的电效率和运动精度组合量身定制。此外，控制器可以微调激励波形，以实现快速平稳的启动和停止，而不会过冲，以及对机械负载瞬变的清晰响应。简而言之，有什么不喜欢的？

图1：有刷直流电机使用机械触点来实现磁场的换向和交变（左），而无刷直流电机设计使用电子换向，没有易磨损或产生EMI的移动触点（右）。

相比之下，有刷直流电机使用机械换向来切换转子（也称为电枢）与定子磁场的极性（定子的磁场由永磁体或电磁线圈产生，图1（左）。电枢上没有永磁体，而是电流通过的线圈绕组。正是转子线圈和定子之间磁场的相互作用和不断反转，诱发了旋转运动。反转磁场的换向动作是通过物理接触（称为电刷）完成的，因此接触电枢线圈并为电枢线圈带来动力。

有刷电机的尺寸从微小的尺寸不等，通过数百马力提供几英寸盎司的扭矩，并且已经成功使用了 100 多年，并且在许多安装中都运行良好。主要缺点是换向触点 - 在较大的电机中使用石墨实现 - 会磨损，同时还会产生导电灰尘;触点断开时也会产生火花和EMI。较小的有刷电机使用具有类似问题的金属板簧，但规模要小得多。

大多数新设计选择BDLC电机，因为与有刷电机相比，它具有良好的优点和缺点。您可以选择不同的电压、电流、扭矩和其他额定值，以及软件或固件中的硬件驱动程序和控制算法。许多还提供GUI，可以轻松设置所需的性能属性（速度，加速/减速配置文件和响应能力）。

相比之下，有刷电机更难精确控制，并且这样做的算法只能在更有限的范围内做到这一点。一些有刷设计增加了旋转位置反馈传感器（光学、霍尔效应、电容或磁性），这样可以在一定程度上提高性能，但会增加 BOM 成本，存在机械安装问题，并增加了控制复杂性。（公平地说，虽然许多 BLDC 安装不需要这样的反馈传感器，但有时会在那里添加它以允许闭环反馈和提高性能。

尽管有刷电机存在明显的缺点，但它仍然具有广泛的应用，超出了所引用的高度专业化的泵示例或低成本玩具。它非常广泛用于汽车等大众市场用途，即使电气和机械条件恶劣。IC供应商提供有刷电机驱动器系列，例如德州仪器的DRV887x系列。图 2 的基本 DRV8870 驱动器包括使用脉宽调制 （PWM） 控制为线圈供电以提高性能;该系列中的其他IC增加了故障报告和电流检测等功能。

 

图 2：a） 德州仪器 DRB8870 的系统级视图显示了它如何作为改进型有刷电机驱动器 IC;b） 它集成的附加电路的详细信息，以实现更高效、可控的电机运行。

教训是，与普遍存在的传统工程“智慧”相反，有刷电机和无刷电机之间的选择很简单。无论是否与电机相关，尽职尽责的工程师都会对项目优先级及其相对权重进行排名，然后在决定在特定情况下哪一种是最好的之前，先公平地查看各种替代方案。

审核编辑：郭婷