在过去的一个世纪中，电动工具有了长足进步。今天，它们更具了无绳、轻巧的特性，由电池驱动且功能强大，分担了我们的大量工作。那么，是什么推动着电动工具的发展？除了电动工具爱好者外，很大程度上要归功于半导体技术的诸多进步——尤其对于无绳电动工具。

　　本篇博客涵盖了无绳、电池供电型产品的关键特性，包括促进其不断演进的因素及发展路途中的众多挑战；介绍了微处理器与无刷直流电机如何在改变我们今天所使用的电动工具中发挥了重要作用。此外，文章还探讨了电动工具中无刷直流电机的引入，及为制造商带来怎样的竞争优势。

　　无绳工具——依靠存储在不同化学物质电池中的电能，例如镍镉（NiCd）、镍金属氢化物（NiMH）和锂离子（Li-Ion）。

　　锂离子电池由于其能量密度的增强以及保持电荷的弹性，而成为性能为突出的电池类型。

　　第二个部件为执行器，或者是将电能转化为机械能的电机。这种电机可以是通用的AC/DC有刷电机、直流有刷电机或无刷直流（BLDC）电机。当今的许多工具已经转向三相BLDC 电机拓扑结构。

　　后，采用一个开关来控制电源到电机的能量传输。这个组件可以是简单的中断器，控制是否有电流流动；或者稍微复杂一点的器件，如允许用户指定多少能量从电源流向电机的电位计等。

　　在电动工具发展的前 100 年，设计和制造钻头、打磨机、磨床、螺丝刀、吹风机、锯等工具时，仅需一部电源、一台电机和一个开关 / 电位器。然而，在 20 世纪，高能量密度电池的出现改变了这一情况。此外，我们还看到了绿色能源解决方案的出现，以及将其融入所有设计形式中的趋势。

　　我们所面临的挑战是如何继续使用电位计来控制工具的运转速度，而不必让高电流通过其电阻组件。正如我们稍后将看到的，这是一个相当简单的修复性举措。另一方面，事实证明电机是一个更具实质性且复杂的挑战。

　　在电动工具发展初期，所采用的电机要么是用于有绳工具的有刷通用AC/DC 电机，要么是用于无绳工具的有刷直流电机，如下图所示。由于这两种电机本质的拓扑结构均为有刷电机，因此均通过碳刷将电流传递到铜质换向器，随后产生内部旋转磁场来获得运动。将电磁铁绕组与换向器一起放置于转子，永磁体放置在定子上，可以得到不断相互作用的两个磁场，从而实现我们所需要的运动。

　　不幸的是，这以电刷和换向器间的大量摩擦为代价。摩擦力相当剧烈，经过长时间的使用，电机会自行损坏；摩擦所产生的能量终以热的形式被浪费。这部分能量的源头来自电源，却并没有产生任何有用功。据统计，围绕这种拓扑结构的系统效率低于 80%（在情况下）；这意味着电池内部 20% 的能量被用来产生热量。

　　当您尝试用电池供电的电钻打孔时，耗费 1/5 的电能来产生热量，听起来并不很吸引人。

　　鉴于以上所讨论的各种挑战，很明显，更换或拆卸电刷和换向器至关重要。如下图所示，这在三相BLDC 电机拓扑结构中更为突出。BLDC 电机无需使用电刷或机械换向器就能为我们提供完全相同的旋转运动；与之相对，我们以电子方式产生旋转磁场。通过电子电路，我们可以创建两个相互作用的磁场以驱动电机运动。这样做的优点是消除了转子和定子组件间的摩擦，从而增加了可靠性与能效。

　　三相无刷直流电机的效率可高达 96%。这意味着我们的电池只会以热量的形式浪费 1/20 的电量。

　　如同所有设计一样，在采用 BLDC 电机时也存在一些挑战。有刷直流电机解决了使两个磁场对齐以获得运动曲线的固有问题。当换向器序列的设计和放置方式使旋转磁场始终与永磁体的磁场保持一致时，便能实现这一目标。然而，由于 BLDC 电机不存在物理换向器，这一动作则通过换向逻辑顺序来完成。为达到前文提到的效率，我们必须使用如下图所示的控制电路，尽可能完美地对齐两个磁场。

　　此类复杂的电路可提取转子的位置，以电子方式对齐两个磁场。对于三相 BLDC 电机，此模块通常由微控制器和三相逆变器功率级组成，功率级采用霍尔传感器等传感器器件获取转子位置信息。添加此电路确实会占用一些空间并增加一定成本。但是，制造商注意到了摆脱束缚所带来的益处，而消费者也正对这类电机解决方案产生需求。因此，越来越多的电动工具设计基于三相 BLDC 电机的拓扑结构。

　　现代电动工具仍由电源、电机执行器和控制能量流的装置（如电位计）组成。然而，为了提供所有的能量保存功能，我们需要为其添加智能技术。

　　这一智能由微处理器提供。有了微处理器，我们现在可以监控电源并提供所需的驱动。我们还可以监测电位计的值并控制电动机的速度，而无需使电流流过其电阻元件。我们通过模数转换器（ADC）来实现这一目标，且该过程中的能量消耗可以忽略不计。

　　无论怎样，微处理器重要的作用在于构建一种有效机制，适当地为三相 BLDC 电机供电，以改进电池供电工具所需的效率。基于微控制器的功率级提供了所有工具，可以成功生成正确对齐的旋转磁场，并转化为的运动曲线。

　　一个 ADC，用于监控电池电压与电流、电机电流、电位器状态，和系统温度；

　　从开关和电机到上面的清单，很明显我们的电路规模已经大大增加。然而，新技术让我们可以将所有这些都装入一个小尺寸外形的方案中，这也是电机制造商青睐 BLDC 拓扑结构的另一个关键因素。

　　Qorvo 的解决方案为 PAC5xxx 系列器件，该解决方案可在占用小空间的情况下获得电机功能的所有优势。类似 PAC5527 的器件采用占板极小的单一封装，集成了驱动大多数电池驱动电动工具所需的电路。

　　PAC5527 包含一个 DC/DC 转换器，该转换器获取电池电压并将其降至不同电压轨，为系统的不同模块供电。该器件包括驱动一个非常强大三相逆变器（超过 1 KW）所需的三个大电流预驱动级；其 ADC 具有可编程的定序器，来协调捕获多个模拟参数而不会影响中央处理器（CPU）的实时性。它还包含保护块，以确保系统电流保持在一定范围内，防止可能导致工具损坏的危险状况，同时使用户远离火灾等伤害。产品还提供了多个通用输入 / 输出（GPIO）来监测不同的信号；用于提取转子位置信息的电路使我们能够产生完全对齐的旋转磁场，由此构成了封装在单个 PAC5527 器件中工具库的一部分。

　　PAC5527 打造了小的三相逆变器电源驱动器之一。基于如此小巧的解决方案，可以根据人体工程学原理进行电动工具的设计，同时提高能效。此外，由于其占板面积小且集成度高，整个应用的成本结构也得到了优化。

　　BLDC 电机的制造和应用正加速发展，跟随技术的不断演进，这些电机将变得更加人性化、高效和可靠。由于电控 BLDC 电机的出现，工具变得更强大、更高效、尺寸更小、重量更轻。随着时间的推移，Qorvo 将持续推出类似 PAC5xxx 系列器件的创新产品，推动三相 BLDC 电机拓扑结构更进一步。关键字：编辑：什么鱼 引用地址：

　　无刷直流电动机(BLDC)，也称为电子换向电动机（ECM、EC 电动机）或同步直流电动机，是由直流电通过逆变器或开关电源供电的同步电动机，该同步电动机会产生交流电流来驱动各相通过闭环控制器控制电机。控制器向控制电机速度和扭矩的电机绕组提供电流脉冲。与有刷电机相比，无刷电机的优势在于高功率重量比、高速度和电子控制。无刷电机在计算机外围设（磁盘驱动器、打印机）、手持电动工具以及从模型飞机到汽车的车辆等地方都有应用。该项目描述了如何使用 GreenPAK™ 控制三相无刷直流电机。下面我们描述了了解解决方案如何编程以创建直流电机控制所需的步骤。但是，如果您只是想得到编程的结果，下载GreenPAK

　　控制 /

　　电机是目前世界上的电力消耗者，并且占比非常大。荷兰能源研究中心(ECN)估计，全球发电量的45%是由电机消耗的。因此，为了推动效率的提高，各国正通过立法手段来提高电机的效率标准。2021年7月，欧盟开始实施“电机和变速驱动装置条例(EU) 2019/1781”，对之前被排除在标准之外的一些电机增加了效率限值，并缩短了为其他类型电机符合效率要求所预留的时间。此类法规显示的趋势很明显 – 所允许的效率将随着时间的推移不断提高。新的电机设计应尽可能的高效，以避免在其工作寿命结束前就被立法强制替换的风险。这些法律涵盖了各种各样的电机，从基础设施泵中的大型电机到为PC风扇供电的微型电机。尺寸不是的考虑因素

　　设计推向市场的方式 /

　　步进电机现在已经被大部分的人们所熟知并且得到了广泛的应用，这当然是靠着其本身的优点和性能决定的。尤其是电机的步距值不受各种干扰因素的影响。如电压的大小，电流的数值、波形、温度的变化等。还有就是步进电机在工作时的误差不会长期积累。一般电机每走一步所转过的角度与理论步距之间总有一定的误差，从某一步到任何一步，也总有一定的累积误差，但是，每转一圈的累积误差为零，所以步距的累积误差不是长期的累积下去。步进电机优点之一就是控制性能好，启动、停车、翻转都是在少数脉冲内完成，在一定的频率范围内运行时，任何运动方式都不会丢失一步。所以，步进电机被广泛应用于数控机床上。电机在数控机床上的应用也是广泛的。除此之外，电机还有这些优点：中低输出

　　伺服电机控制器的前景好不好？有一个问题值得推敲，不知道大家有没有发现现在已经进入了一个机械化的时代。之前需要大量的劳动力，现在一台机器可能就可以解决掉很多劳动力做的事。并且成本还相对比较低。所以，在这个劳动力成本越来越高的时代，机械化将会以更快的脚步发展。工业机器人也是未来发展的趋势，而伺服电机控制器也是工业机器人的重要部件之一。据悉，2021年，中国机器人市场将占据全球市场需求量的50%。 中国也将着重推动机械行业的发展进程。在逐日升高的劳动力成本的施压下。工业机械化将迎来良好的态势，伺服电机控制器也将迎来春天。当然，这其中质量是占据一个很主要的位置，只有好的产品，好的口碑，好的服务。企业才能屹立不倒。所以，拓达也将不断的要求

　　Trinami MoTIon Control(Now part of Analog Devices)--- Gavy(高 伟) 原理： 在3D打印领域，新手通常很难理解步进电机的真正驱动方式，比如不少工程师会问这样的问题“我的电机额定电压是4.6V，但是我的打印机有12/24V电源，我可以使用它吗?”。这是因为我们每天使用的大多数电子产品都使用恒压可变电流电源，这就是我们过去的认知。一个12V的LED灯带将由一个稳定的、可控的12V供电，电流消耗将随着二极管数量(负载)的增加而增加。步进电机以相反的方式供电-电流是恒定的/可控的(稍后再详细说明)，所需的电压随负载变化

　　的极限控制方案 /

　　一家英国的 48V 电机利用现有的现成轻度混合动力电池，节省了大量成本在未来十年后，智能出行很可能会成为我们生活的一部分。虽然自动驾驶汽车可能对我们这些喜欢驾驶的人没有太大吸引力，但电动汽车可以让汽车在拥挤的市中心或短途旅行中变得更加轻松。让在货车和卡车能够自动驾驶和使用电动技术，同样可以大大减少对交通的刺激并改善空气质量。轮毂电机的原型设计和演示已经进行了多年，但牛津郡的 Saietta 和电动辅助车辆 (EAV) 正在合作实现这一目标。Saietta正在制造轴向磁通电动机，它是饼干罐的形状，而不是传统的圆柱形径向磁通电动机。事实上，它的形状基本是圆形构成，这意味着它们可以安装在发动机和变速箱之间，也可以安装

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