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【無編碼、無感測器驅動控制，一樣可實現節能！】

磁場導向控制 (Field-oriented Control, FOC) 是利用調整變頻器 (VFD) 的輸出頻率以及輸出電壓大小、角度，控制三相交流感應馬達或無刷直流 (BLDC) 馬達的輸出，可「個別控制」馬達的磁場及轉矩為其優點。

完全集成 FOC 演算法的三相無編碼、無感測器驅動器 (柵極驅動器)，可實現最佳效率和雜訊性能，讓設備可在靜止狀態、風車狀況甚至反向風車狀態下優化電機啟動性能——透過類比、脈寬調製 (PWM) 或時脈輸入控制馬達轉速 (RPM)，且能藉控制可選閉環速度，對「RPM／時脈頻率」進行編程，是吊扇、底座風扇、浴室排氣扇和家用電器風扇和幫浦的理想選擇。

延伸閱讀：
《AMT49406：無編碼、FOC 無感測器 BLDC 電機控制器》
https://www.allegromicro.com/…/…/BLDC-Drivers/AMT49406.aspx…

#朗格Allegro #QuietMotion #AMT49406

#電源設計 #絕緣柵雙極電晶體IGBT #金氧半場效電晶體MOSFET #氮化鎵GaN #碳化矽SiC #寬能隙Wide Band-gap #超接面super-junction #功率因數修正PFC #雙電晶體順向式TTF #邏輯鏈路控制LLC #準諧振返馳式拓樸 #返馳式充電器 #齊納二極體Zener diode

【超接面，通往寬能隙半導體製程的跳板】

開關式電源 (Switch Power) 旨在控制開通和關斷的時間點以維持穩定的輸出電壓，一般由脈衝寬度調變 (PWM) 控制 IC 和金氧半場效電晶體 (MOSFET) 構成，輕量、提高工作頻率的耐受度是主要方向；而如何在高壓功率元件獲得良好的崩潰電壓及導通電阻？向來是業界不斷精進的課題。在氮化鎵 (GaN)、碳化矽 (SiC) 等新一代寬能隙 (Wide Band-gap) 半導體材料未臻成熟前，借助高摻雜濃度的「超接面」(Super Junction，簡稱SJ) 結構，能有效優化上述兩項技術指標、達到節能目的，並突破矽 (Si) 材料極限，故成為新型高壓功率元件的新寵。

效能和價格固然是採購功率元件的基本準則，但電磁干擾 (EMI) 和射頻干擾 (RFI) 對於系統設計的影響亦不容小覷，否則善後工作會很棘手且耽誤開發時程，設計前應做全方位的考量。就系統角度而言，還須考慮週邊元件的適配度；例如，選用功率密度 (High Density) 高的元件，「扼流器」(Power Choke) 等被動元件的體積亦可隨之微縮。以伺服器為例，可連帶使整個電源模組、乃至機殼外型都更為輕薄，極大化利用有限的資料中心空間。若功率元件廠商能提供多種 RDS(ON) 導通電阻等級和不同封裝方式的「產品組合」，工程師也有更多選擇的可能性。

在功率因數修正 (PFC)、雙電晶體順向式 (TTF) 和其他硬切換拓樸中，擁有媲美 GaN 性能的 MOSFET，適合高功率開關模式電源 (SMPS) 應用，如：超大型資料中心、電信基地台、太陽能和工業等。此外，整合式本體二極體 (Body Diode) 確保低損耗續流功能，適用於馬達驅動、太陽能或焊接技術領域；而整合齊納二極體 (Zener diode) 的 MOSFET，具備更高的靜電放電 (ESD) 耐受性，可減少良率損失並改善組裝產能。除了導通電阻和損耗問題，封裝亦會關係到負載與電路板空間運用效率以及穩壓效果；溝槽式 MOSFET 模組平台和拓樸，動態損耗更低。

延伸閱讀：
《Infineon「超接面製程」為銜接GaN、SiC 材料作緩衝》
http://compotechasia.com/a/feature/2017/0615/35751.html
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#英飛凌Infineon #CoolMOS C3/C7/P7 #CoolSiC

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#平滑響應 #速度剖面 #定子繞組 #轉子電磁諧波 #齒槽轉矩 #脈寬調變PWM #類比數位轉換器ADC

【從系統宏觀，揪出數位馬達驅動不佳的元凶！】

在所有數位馬達驅動器中，不可或缺的部分就是「相位電流回授」(phase current feedback)，其測量品質與轉矩漣波 (torque ripple) 和轉矩穩定時間等系統參數直接相關。雖然系統性能與相位電流測量之間具有較強的相關性，但很難轉化為對回授系統 (feedback system) 的硬體需求。馬達驅動器或伺服系統中的電流迴路性能，會直接影響馬達的轉矩輸出；對平滑響應 (smooth response) 與準確定位、速度剖面 (speed profiles) 十分關鍵。

平滑轉矩輸出的一個核心基準是「轉矩漣波」，對於直接轉化為終端應用的準確度剖面和分割應用相當重要；響應時間和穩定時間等參數，將左右生產效率直接被「可控制頻寬」影響的自動化應用優劣。馬達驅動器中的轉矩漣波可能來自於：
1. 馬達本身，例如「定子繞組」(stator winding)、插槽配置和轉子電磁諧波的磁卡轉矩所產生的「齒槽轉矩」(cogging torque)；
2. 相位電流回授系統的偏移及增益誤差；
3. 逆變器的停滯時間 (dead time)，在脈寬調變 (PWM) 輸出電壓增加低頻諧波零組件的定子電性頻率，例如，諧波頻率的電流迴路干擾抑制，將影響電流迴路表現。

當一個三相位馬達藉由開關電壓源逆變器來驅動，此相位電流可視為由兩個元件所組成：一個基本元件和一個開關元件。為達控制目的，須去除開關分量，否則會影響電流控制迴路的性能。最常見的抽取平均分量技術是——取樣同步到脈寬調變週期的電流。如果脈寬調變週期的初始及中間電流為平均值、且取樣時間同步，該開關分量可被有效抑制；但若電流取樣存在時間誤差，則將發生混疊 (aliasing)、電流迴路性能會因此下降。

相位電流的基本分量通常在幾十 Hz 範圍內，而電流迴路的頻寬則以 kHz 計算；微小的時間誤差會影響控制性能似乎有悖常理。然而，僅以相位電感限制 di/dt，即使是一個微小的時間誤差都將導致明顯的電流失真。錯誤的取樣時間最常見的原因有：
★在脈寬調變和類比數位轉換器 (ADC) 之間的鏈結不足，使得在正確的時間內取樣變得不可能；
★缺乏足夠的獨立同步取樣保持電路 (可能是兩個或三個，得依被測量的相位數目決定)；
★因脈寬調變時間器所產生的馬達電壓輸出相位之「閘極驅動訊號」傳輸延遲。

通常，任何能影響 di/dt 的事物都會決定錯誤取樣時間的嚴重性，但馬達轉速、負載、馬達阻抗，和直流匯流排電壓等系統參數，也會導致誤差！想要設計用於馬達控制的最佳化回授系統，必須具備系統宏觀，才能辨別誤差源以對症緩解。

延伸閱讀：
《理解馬達驅動器電流迴路非理想效應影響的系統途徑》
http://compotechasia.com/a/ji___yong/2016/1110/34017.html
(點擊內文標題即可閱讀全文)

#亞德諾ADI #磁場定向控制器驅動平台FOC

圖檔取材：pixabay.com

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