电动自行车的无刷直流电机控制设计 

    无刷直流电机(BLDCM)具有高速性能好、易于控制、无换相火花和励磁损耗、寿命长等
诸多优点，故其应用范围遍及各个领域，有很好的市场前景。各大芯片公司推出了各式的
无刷直流电机控制芯片，如 STMmicore ectronics 的 ST72262 和 ST7MC、美国安森美公司
开发的 MC33035、日本三洋公司的 LB1690 等一些产品，还有利用带 PWM 的 DSP 通用芯

 

片，经过多年的技术积累，这些控制技术已经很成熟。

    采用此设计，电路工作稳定，相对专用芯片，成本比较低，信号流程清晰易懂，利于

 

对无刷直流电机控制原理的理解。

    

 

无刷直流电机控制器的硬件设计

    

 

电机驱动部分设计

    无刷直流电机用永磁体制成转子，用定子绕组换相来代替电刷换相，用霍尔元件传感
转子位置信息。内置电机的 3 个霍尔元件会实时的输出确定的 3 个电压信号来表征转子位
置信息，数字控制电路根据不同的电压信号，实现对驱动电路进行选择性导通，使线圈
产生激励转子转动的磁力矩，在一个周期内，每个 MOS 管导通 120°  

。

    换流器中功率 MOS 管在此设计中用到其开关态工作原理，MOS 管有三个极 G(栅极)、
S( 源极)、D(漏极)，MOS 管的一个重要参数是 VT，称开启电压，当栅源电压 VGS 要让电
机转动起来，首先控制部就必须根据霍尔传感器感应到的电机转子目前所在位置，然后
依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(inverter)中功率晶体管的顺序。

    inverter 中之 T1、T3、T5(这些称为上臂功率晶体管，可以是 P 型管也可是 N 型管)及
T2、T4、T6(这些称为下臂功率晶体管，只用 N 型管)，使电流依序流经电机线圈产生顺向
(或逆向)旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此就能使电机顺时/逆时转动。当电机转
子转动到霍尔传感器感应出另一组信号的位置时，控制部又再开启下一组功率晶体管，
如此循环电机就可以按同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶
体管(或只开下臂功率晶体管);

 

要电机转子反向则功率晶体管开启顺序相反。

    

 

电机译码和控制部分设计

    电路分为译码电路部分、过流保护和调速电路部分，译码电路部分保障电机连续运行，
控制电路部分主要用来进行电机的调速和过流保护以及电池相关状态的显示。

    “0”

“

表示低电平， 1”表示高电平，电机一旦通电，利用初始位置的转矩启动以后，转

动过程中霍尔信号从电机源源不断的经过译码电路产生相应的驱动信号来选择功率 MOS
管的导通和关断(即开关状态)，实现电机的连续运行。

§

    考虑到电机连续安全的运行，防止在换相时交叉导通，若出现这样的情况，两管同时
导通时，在两管上的电压降非常小，如同直接将电源加在导线上一样，瞬间产生 45A 以
上的电流，MOS 管必然会被烧毁，因此同一驱动桥的两 MOS 管不能同时导通，只能导