無刷 DC 馬達系統介紹 Part 1

作者：德州儀器 Matt Hein

(本文最初發表於《Planet Analog》雜誌)

 快問快答：馬達分哪三種？當我拋出這個問題，很多人會反射性回答：「有刷 DC 馬達、步進馬達、無刷 DC 馬達」。我認識的有些馬達驅動專家比較前衛，他們可能會說是「單相 AC 輸入、多相 AC 輸入或 DC 輸入」，以輸入機制為分類標準，而不是特定馬達種類。老實說，這種回答還滿厲害的。從位置感測器的使用，到驅動器實作的電源電壓，馬達的分類方式確實不少。有些工程師也許會以這些參數做為分類標準，但最後不一定都能清楚分成三大類。本篇技術文章將提出馬達分類的新觀點。

最近，我越來越覺得馬達應該以功能作為分類標準。每個應用使用的馬達類型，通常取決於設計人員當下的決定，但是同樣的馬達解決方案，可能無法套用到使用同種馬達的另一個應用。如果剛剛這一段話讓你的腦袋開始打結 (我的公關同事說她真的有這種感覺)，且讓我舉個例子說明：設計具備平移、傾斜及變焦功能的 PTZ 相機軸時，你可以選用步進馬達、無刷 DC 馬達，甚至有刷 DC 馬達。無刷 DC 馬達也是最常用於吊扇 (見圖 1) 的馬達類型。不過，這兩種終端設備無法採用同樣的無刷 DC 馬達。吊扇的驅動器電路即使性能再好，也不適合裝在 PTZ 相機上，而且最終成品絕對沒辦法運轉。你問我怎麼知道？也許你跟我一樣，打從心裡明白雖然兩種應用都使用無刷 DC 馬達，但吊扇馬達的「功能」和 PTZ 相機馬達的「功能」差異極大。從應用的角度來看，馬達的功能性非常關鍵，因此也能用來區別不同的馬達種類。

圖 1：PTZ 相機與吊扇之比較

這麼說來，這些馬達的功能到底是什麼？吊扇的功能是以固定速度旋轉，促進室內空氣循環。PTZ 相機的功能則是將相機移動到特定位置，並保持不動。我們能再加入第三個例子：充電式電鑽。使用者能壓住按鈕，控制電鑽的轉矩，用於在牆體上鑽洞等操作。這些馬達的實作差異非常不同，因此，對於「馬達分哪三類」的問題，我的回答絕對是「速度、轉矩、位置」。不妨看看下方的圖 2 和表 1。

圖 2：速度、轉矩與位置

*我不會說不可能，但幾乎沒辦法做到。位置控制系統主要以零速度運轉，沒有能感測的反電動勢，因此也沒有無感測器訊號能關閉迴路。

表 1：速度、轉矩與位置比較

我們會在〈無刷 DC 馬達系統介紹 Part 2〉深入探討速度、轉矩和位置三個要素。如果有任何想法或意見，歡迎在留言區分享！