智能相位控制 (InPAC) 技术通过最大程度地利用无刷电机的效率来优化无刷电机的性能。
无刷电机用于许多应用，可为从家用真空吸尘器到工业机械再到数据中心服务器冷却风扇的各种高速设备供电。
设计人员面临的主要挑战是确保他们选择的电机能够可靠、高效地运行。为了帮助实现这些目标，Toshiba 开发出了新的 InPAC 电机控制器系列。
智能相位控制
为了满足不断增长的提高能效、降低噪声的需求，设备设计师们越来越多地转向使用逆变器来控制无刷电机。使用传统技术时，要获得高效率，就必须调整单个电动机的电机电压和电机电流的相位或超前角。
图 1. 超前角图
超前角是将电压提前以施加到线圈的定时角。
向线圈施加电压需要一段时间，直到电流增加到最大值。在高速旋转中，在磁驱动器达到最大功率之前，转子可能会经过下一个接通点。在这种情况下，转子功率将不会达到最大。为了避免这种情况并提高驱动效率，转子将从计算出的角度提前到某个角度。此前置角称为超前角。超前角根据无刷电机的特性、旋转速度和负载条件而变化。
从启动时几乎每分钟零转速 (rpm) 到数千 rpm 的高转速，要在各种旋转速度下实现最佳效率，需要有许多相位调整特性，而且通常只能在有限的范围内优化。InPAC 的优势在于智能相位控制，该技术可使无刷电机以统一的精度高效地高速旋转。
Toshiba 的方法体现了与传统电机控制器的明显不同。使用上一代技术，必须在电机的运行转速范围内的几个点上调整电机的电压和电流之间的相位差。Toshiba 的智能相位控制 (InPAC) 技术通过自动调整电机电压和电流的相位消除了这一需求并加快了开发速度，从而仅通过初始化即可在整个运行转速范围内实现可能的最高效率。此外，Toshiba 的解决方案无需微控制器即可通过硬逻辑实现灵活的旋转速度控制，从而节省了额外的开发工作。
工作原理
当使用正弦波驱动无刷电机时，其阻抗导致的转速变化会在其电压和电流之间产生相位差，从而降低驱动效率。为了提供提高效率所必需的相位调整，InPAC 对电流相位（电流信息）和电压相位（霍尔效应信号）之间的关系进行比较，并向电机电流控制信号提供反馈，以便自动调整它们的相位关系，从而提高效率。
InPAC 可立即检测电机电流相位并反馈信息，以实现自动超前角控制。在基于传感器的电机应用中，霍尔信号相位会自动调整以匹配电机驱动电流的相位。无论电机的转速、负载转矩或电源电压如何，均可实现高效率。InPAC 还可帮助减少调整超前角所需的外部零件数量。
要使用传统电机控制技术来实现可能的最高效率，必须在电机的运行转速范围内的几个点上调整电机的电压和电流之间的相位差。InPAC 消除了这一要求，让设计师们仅通过初始化即可自动调整电机电压和电流相位，以在整个运行转速范围内实现可能的最高效率，从而减少开发工作量。
例如，与传统的固定超前角控制相比，InPAC 在 3,000 rpm 时可将电源电流减少约 10%。
优化和效率
为了获得最佳的电机效率，尽管可以根据霍尔传感器提供的转子位置信息进行控制，但必须使用实际设备来调节超前角。即使电机控制器/驱动器具有自动超前角控制功能，超前角也必须根据电机的常数进行调整，包括转速和其他几个因素。考虑到这些关键限制，过去几年中出现了对减少设计师负担的改进控制方法的需求。
InPAC 通过快速检测电机电流相位并立即反馈信息以进行自动超前角控制来解决此问题。当电动机应用中装有传感器时，霍尔信号的相位会自动调整以匹配电机驱动电流的相位。无论电机的转速、负载转矩或电源电压如何，均可实现高效率。InPAC 还可以帮助减少调整超前角所需的外部零件数量，并且无需进行任何与电机的运行状态变化有关的编程。
与具有矩形波驱动系统的电机相比，使用具有平滑电流波形的正弦波驱动系统还具有产生更少噪声和振动的好处。
版本和规格要求
InPAC 设备有多种版本，每种版本都可以满足特定的设计需求。TC78B016FTG 是一个完全集成的电机控制驱动器，最大额定值为 40V/3A。此集成电路需要电源能够在任何地方在 6 至 36 伏范围内工作，其提供正弦波驱动。设计师还可以利用典型的 0.24 欧姆（高端和低端的总和）的低导通电阻来减少设备在工作期间的自加热情况，从而使此集成电路一般可以支持 1.0-1.5A 应用。速度由简单的脉冲宽度调制 (PWM) 信号或模拟电压输入控制。内置保护包括热关断、过流保护和电机锁定检测。此零件采用紧凑的 VQFN32 5x5mm2 封装。
TC78B041FNG 和 TC78B042FTG 是灵活的控制器产品，允许用户定制应用的功率要求，并在设计中使用合适的栅极驱动器和 MOSFET。TC78B041FNG 采用 SSOP30 型封装，而 TC78B042FTG 采用 VQFN32 5x5mm2 封装。
TC78B027FTG 是具有栅极驱动器的控制器，用户可以在其中为应用选择合适的 MOSFET。它还集成了一个单霍尔驱动系统，该系统允许用户使用成本更低的单传感器无刷电机。此设备采用 VQFN24 4x4mm2 封装。
了解更多信息
Toshiba 在电机驱动器制造方面拥有超过 35 年的经验，提供采用 InPAC 技术的广泛的无刷电机驱动控制器产品组合，可满足各种需求。要评估您的使用引入 InPAC 技术的无刷电机的产品计划，可以下载参考设计。
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