1. 引言

　　2024年，迈来芯(Melexis)推出了MLX90416/18(新闻)，这是全球首款适用于30-60W功率范围的无感单线圈BLDC电机驱动器。这一创新技术正重新定义我们对电机和风扇控制系统的处理模式。相较于传统AC电机设计，它提供了更为高效的解决方案;和三相BLDC电机解决方案相比，其成本效益优势更为显著。

　1.1. 传统电机设计面临的挑战

　　在从消费电子到工业系统的众多领域中，AC感应电机或三相BLDC电机长期被视为首选解决方案。然而，这些电机在实际应用中存在明显的权衡问题，对效率和可扩展性形成了一定限制：

　　● AC电机：虽向来以成本效益著称，但与BLDC电机相比，其效率往往较低，性能表现也相对逊色。

　　● 三相BLDC电机：具备出色的效率和性能优势，但需要配备复杂的驱动器以及更多组件。这不仅增加系统设计和集成的难度与周期，又提高制造商成本，最终转化为用户的购置使用负担。

　　1.2. ‘NoHall’无霍尔解决方案

　　MLX90416/18 直接应对上述行业挑战，巧妙融合了BLDC电机的高效特性与单线圈电机结构的简易性与成本优势。作为一体化解决方案，它比分立式方案可靠性更、所需组件数量更少。其免代码设计特性无需任何软件开发工作，同时提供可配置选项，方便对应用进行精准微调，从而有效降低设计成本、缩短开发时间，加速产品上市进程。此外，MLX90416支持将单线圈电机的功率范围扩展至最高 60W。

　　迈来芯(Melexis)在单线圈电机控制领域深耕已久，为单线圈BLDC电机打造了业内领先的一体化驱动器。作为 MLX90416/18 核心的’NoHall’无霍尔技术，是迈来芯在单线圈电机控制领域的又一重大创新成果。该技术无需依赖反馈传感器，而是借助集成电机控制器算法，对电机的电信号展开智能处理。这种创新的无感方案，让设计人员能够将BLDC电机部署在电机外部，进而实现电机模块的优化，并简化模块设计。而且，它支持在多种电机设计中使用同一PCB板，无需重新设计，显著降低了制造复杂度、设计工作量以及物料清单(BoM)成本。

　　为进一步降低研发成本、减轻开发工作量，MLX90416与MLX90418集成了更为丰富的数字功能。这些功能涵盖具备8个设定点的灵活传输曲线选项、I2C接口、双向操作功能，以及适用于服务器应用的特定功能(如顺逆风启动、掉电制动、交流失电功能等)。

　　从消费电子、白色家电及家用设备领域，到工业或服务器应用场景，该一体化解决方案均有着广阔的应用空间。无论是风扇、鼓风机还是泵类设备，MLX90416/18 都能以更低的成本、更长的使用寿命以及更卓越的性能为其提供强劲动力。

　　2. 什么是单线圈BLDC电机?

　　单线圈BLDC电机，是一种仅采用单个绕组或线圈充当定子的无刷电机类型。其典型结构设计包含一个内置固定线圈绕组的内定子，以及一个配备永磁体的旋转外转子。

　　该电机的运行机制在于，通过向电机线圈输送不同方向的驱动电流，在定子中激发出旋转磁场。此时，转子上的永磁体与这个旋转磁场产生相互作用，进而使转子受到吸引力和排斥力的共同作用。

　　定子被特意设计成具有不对称气隙或定子磁极的样式，这种设计会产生齿槽转矩。当电机停止运转时，该转矩会将转子固定在已知的齿槽位置。这一特性使得控制器能够精准确保转子以正确的方向启动。

　　单线圈BLDC电机的简洁设计，有助于降低制造环节的复杂程度，同时还能维持较高的运行效率。

　　2.1. 无刷电机的优势

　　在对可靠性、使用寿命以及效率有着严苛要求的应用中，BLDC电机相较于DC电机，通常更受市场青睐，这主要得益于其以下几方面显著优势：

　　▪ 效率卓越：无刷电机因不存在电刷，避免了电刷摩擦带来的能量损耗，能够将更多电能高效转化为有效运动，同时运行过程中产生的热量也更少。

　　▪ 功率密度出众：这类电机结构设计紧凑合理，在有限的体积和重量条件下，能够输出更大的功率，对于空间受限的应用场景，具有不可替代的重要价值。

　　▪ 使用寿命长久且维护成本低廉：由于不存在电刷磨损的问题，BLDC电机的使用寿命显著延长，所需的维护工作也更为简便。

　　▪ 电气噪声微弱：无刷电机因摒弃了电刷，运行时产生的电气噪声极小，这一特性对于对环境噪声敏感的电子设备或医疗设备等，具有极大的应用优势。

　　2.2. 单线圈与三相BLDC电机的争论

　　在电机选型时，单线圈BLDC电机与三相BLDC电机的抉择，主要取决于具体应用场景所提出的要求，不过归根结底往往是在成本与性能之间进行权衡取舍。

　　▪ 单线圈BLDC电机：具有结构简单的显著优势，成本效益极为突出。其所需的控制电路复杂程度较低，这使得电机设计过程更为简便快捷，进而有效降低了制造成本。

　　▪ 三相BLDC电机：能够输出更高的扭矩以及更平稳的功率输出，运行过程中产生的噪音更低、振动更小。然而，其需要配备更为复杂的控制系统，这也直接导致了成本的增加。

　　单线圈BLDC电机更适用于对成本极为敏感的低功率应用场景，而三相BLDC电机则在高功率、高效率需求的应用中更具优势。迈来芯(Melexis)依托MLX90416与MLX90418两款产品，推出一体化、高性价比且高效的解决方案，拓展了单线圈BLDC电机的功率范围。

　　3. 单线圈BLDC电机是如何控制的?

　　在单线圈电机的运行机制里，换向指的是定子线圈中电流方向发生逆转的关键时刻。当电流方向反转时，所产生的磁场会随之改变极性，进而吸引或排斥下一个转子的永磁磁极。为了确保电机能够持续稳定地旋转，控制器必须精准掌握转子的位置，以此确定最佳的换向时机。

　　传统上，单线圈BLDC电机主要依靠霍尔传感器来实现精准控制。霍尔传感器被安装在电机模块内部的小型PCB板上，其核心功能是感应转子的磁场变化，并将这些变化转化为电信号，为正确换向提供必不可少的反馈信息。通常情况下，该PCB板还集成电机控制器、驱动器以及其他电子元件。

　　然而，将PCB板安装在电机模块内部增加了额外的机械限制，使得电机的整体设计复杂度上升。在风扇应用场景中，为了适配PCB板，往往需要对转子和叶片的设计进行相应调整，这无疑增加了设计难度和成本。此外，在存在流体的泵类应用中，要将霍尔传感器放置在距离转子足够近的位置，也面临着不小的挑战。

　　3.1. 为何选择无感控制?

　　正如其名称所暗示的，’NoHall’无霍尔产品系列摒弃了霍尔效应传感器的使用。取而代之的是，它借助先进的算法与信号处理技术，直接从电机的电信号中精准提取所需的转子位置信息。尽管这一技术在单线圈BLDC电机领域属于创新之举，但在三相BLDC解决方案市场中，它早已得到广泛应用并获得了市场的认可。对于小型单线圈BLDC风扇、鼓风机和泵而言，这一看似微小的改变实则带来了诸多显著优势：

　　▪ 设计更简洁、紧凑：集成无感控制以及其MCU功能的 MLX90416/18 系统集成，有效精简物料清单，实现更为紧凑的设计。这一改变不仅减少组件的数量，还切实降低成本，同时节省PCB板空间。

　　▪ 设计更具灵活性：无感设计赋予电子元件放置位置更高的灵活性，使其能够远离电机本体进行布局。这一特性有助于进一步优化风扇的设计，同时也可极大地简化泵系统的设计流程。

　　3.2. 无感控制：电机控制领域的一项突破

　　尽管无感三相或单线圈BLDC电机控制在诸多方面展现出显著优势，然而我们也要清醒地认识到，无感控制算法相较于使用霍尔传感器的控制算法，其复杂程度更高。

　　● 电机启动：无感BLDC电机在实际应用中，面临的一大棘手难题便是电机启动。’NoHall’无霍尔专利电机控制IP确保电机在启动时以正确的方向运转，实现平稳、可靠的启动过程。

　　● 应对控制复杂性：’NoHall’无霍尔专利电机控制IP为无感控制提供了必不可少的先进控制电路和算法支撑。针对电机运行过程中可能出现的故障情况，如堵转等，该 IP 也专门设计了相应的检测算法。

　　4. 将PCB板外置有哪些优势?

　　将PCB板从电机单元中移至外部，这一设计变革带来了多方面的显著优势，深刻影响着系统的设计、性能、维护以及可靠性。在高温、多尘、潮湿等恶劣环境，如工业风扇、鼓风机或泵的应用场景中，其优势尤为突出。

　　▪ 简化系统设计，实现资源重复利用：把PCB板与电机分离，使得单个PCB板能够灵活应用于多种不同场景。这一改变不仅有效降低整体设计复杂度，削减成本投入，还能缩短产品上市时间。以风扇设计为例，没有了PCB板的机械限制，用户能够更加自由地优化转子和叶片的设计，从而提升风扇的性能和效率。

　　▪ 推动模块化设计，简化故障排查与维修：PCB板外置后，用户可以采用模块化的设计理念来构建系统，将电机、PCB板等不同组件根据实际需求放置在不同位置。这种设计方式为整个系统的布局提供更大的灵活性。此外，当某个独立部件出现故障时，无需对电机单元进行拆卸操作，即可方便快捷地进行检修或更换。这有助于实现更快速的维修，对于那些对停机时间要求极为严苛的系统而言，具有至关重要的意义。

　　▪ 优化热管理：当PCB板紧邻电机放置时，电机线圈在运行过程中产生的热量以及周围环境的影响，可能会使PCB板暴露在高温环境中。而将PCB板置于外部后，电子设备能够获得更充足的气流，或者处于更有利于散热的环境中。这有助于有效防止电子设备过热，确保其性能更加稳定可靠，同时还能延长电机驱动器、控制器和电容器等敏感组件的使用寿命。

　　▪ 增强防尘防潮能力：在许多应用场景中，风扇等设备往往处于灰尘、湿气或碎屑容易堆积的环境中。如果PCB板安装在风扇内部，这些因素可能会对其产生潜在的损害。而将PCB板外置后，可以将其安置在更具防护性的环境中，例如密封、防尘或防水的外壳、连接器内，或者处于气流良好、能使污染物远离组件的位置。

　　▪ 隔离振动影响：电机单元在运行过程中通常会产生一定程度的振动，这些振动可能会对PCB板上的组件和焊点产生负面影响。将PCB板置于外部，能够使其远离电机单元，从而免受机械应力和振动的影响，确保电子设备的稳定运行。

　　4.1. 实际应用

　　在无感控制系统中，采用将PCB板外置，并搭配MLX90416/18一体化免代码驱动器的方式，能让多个实际应用场景从中获益：

　　▪ 工业风扇和鼓风机：工业环境的条件通常较为恶劣，存在高灰尘、高湿度、高温以及振动等问题。把PCB外置后，可将其放置在防护性能更佳的外壳(或远程控制箱)内，从而更好地抵御这些不利因素。此外，独立的PCB和电机单元也便于进行维护与修理。

　　▪ 水泵：许多水泵在潮湿、湿润或具有腐蚀性的环境中运行，水或化学物质的接触可能会损坏内部的电子元件。将PCB从电机外壳中移出(可放置在密封的防水外壳中)，能使水泵实现水下作业，同时无需特殊涂层即可保护电子元件。这提升了诸如泳池或水族箱水泵以及工业水泵等应用的可靠性，这些水泵需要长时间平稳运行且无需维护。

　　▪ 家用电器：像真空吸尘器和吹风机这类小型设备，能够从MLX90416/18一体化解决方案的紧凑设计、功能集成和耐用性方面受益。外置PCB可保护其免受灰尘或高温的影响，进而提高电器的整体耐用性。

　　▪ 排气扇：无论是厨房还是浴室的排气扇，通常都会接触到高温和湿气。将PCB置于外部外壳中，可保护电子元件免受这些环境因素的影响，同时也便于维修。

　　▪ 热风分配风扇：用于分配热风的风扇，例如烤箱或空气炸锅的风扇，会面临高温环境。外置PCB可以将电子元件放置在更有利于散热的环境中，确保实现更好的热管理，提高耐用性并延长使用寿命。

　　5. 结论

　　MLX90416/18一体化、免代码、无感单线圈BLDC驱动器堪称一项具有变革意义的解决方案。它集简便性、高效性与成本效益于一身，适用的应用场景极为广泛。该驱动器无需霍尔传感器，可提供无感控制，这一特性简化了电机设计流程，不仅降低了成本，还缩短了产品的上市时间。同时，它显著提升了产品的可靠性与耐用性，进一步拓展了单线圈BLDC电机的功率范围。此外，其免代码的特性意味着无需进行任何软件开发工作，大大减少了开发工作量，进而降低了开发成本。

　　这一创新成果正在改变我们在从消费电子到工业系统等各领域的电机控制方式，在成本、性能以及可持续性方面均展现出显著优势。