三相无刷直流电机电机控制控制系统

    无刷直流 (BLDC) 电机为同步电机，转子和线圈绕组中设有永久磁铁。它们可在电机定子
上产生电磁。电气端子直接连接至定子绕组；因此，转子上未连接刷子或机械装置（如有刷
电机）。

BLDC 电机使用直流电源和开关电路，在定子绕组上产生双向电流。开关电路必须

在每个绕组中使用一个高端开关和低端开关，因此一个

 BLDC 电机共使用 6 个开关。

    现代电机设计采用固态开关，如 MOSFET 或 IGBT，这取决于与继电器相比时电机的速
率和电压。此外，还必须考虑成本、可靠性和尺寸。开关电流产生适当的磁场极性，可吸引相
反极性，排斥相同极性。从而产生磁力，促使转子旋转。将永久磁铁用于转子可为设计师提
供机械利益；并可减小尺寸，降低重量。与有刷电机和感应电机相比，

BLDC 电机的热特性

更优，因而成为掀起机械系统节能新浪潮的理想选择。
    BLDC 通常使用三个相位（绕组），每个相位具有 120 度的导通间隔。
    由于为双向电流，每个相位按照每个导通间隔有两个步骤。这是一种镀锡六步换向。例如，
换向相序可为

 AB-AC-BC-BA-CA-CB。每个导电阶段标记一个步骤，任何时候只能由两个

绕组导通电流，第三个绕组悬空。未励磁绕组可用作反馈控制，构成无传感器控制算法特征
的基础。
    为了保持在转子之前的定子内部的磁场，并产生最佳扭矩，必须在精确的转子位置完成
从一个扇形区到另一个的过渡。通过每

 60 度转向的开关电路获得最大扭矩。所有开关控制算

法均包含在

 MCU 中。微控制器可通过 MOSFET 驱动器控制开关电路。MOSFET 驱动器包含

适当响应时间（如

 维持延迟及上升和下降时间）和驱动能力（包括转换  MOSFET / IGBT 

“开”或“关”状态所需的门驱动电压和电流同步）。
    转子位置对于确定电机绕组换向所需的正确力矩非常重要。在精度要求较高的应用中，可
使用霍尔传感器或转速计计算转子的位置速度和转矩。在首要考虑成本的应用中，逆电动势

 

(EMF) 可用于计算位置、速度和转矩。
    逆电动势是指永久磁铁在定子绕组中产生的电压。电机转子旋转时会出现这种情况。共有
三个可用于控制和反馈信号的主要逆电动势特征。第一，适用于电机速度的逆电动势等级。
因此，设计师使用工作电压至少为标准电压的

 2 倍的 MOSFET 驱动器。第二，逆电动势信

号的斜率随速度增加而增加。第三亦即最后者，

“交叉事件”中逆电动势信号是对称的。精确

检测交叉事件是执行逆电动势算法的关键。逆电动势模拟信号可使用高压运算放大器和模拟
数字转换器（广泛应用于最现代的微控制器）按每个混合信号电路转化至

 MCU。每个至少

需要一个

 ADC。

    使用无传感器控制时，启用顺序至关重要，这是由于 MCU 最初不确定转子的初始位置。
首先启动电机，激励两个绕组，同时从逆电动势反馈回路进行几次测量，直到确定了精确
位置。
    通常可使用具有 MUC 的闭环控制系统操作 BLDC 电机。MCU 可执行伺服回路控制、计算、
纠正、

PID 控制及传感器管理（如逆电动势、霍尔传感器或转速计）。这些数字控制器通常为

 

8 位或更高，需要 EEPROM 储存固件，从而获得设置所需电机速度、方向及维持电机稳定
性所需的算法。通常，

MCU 可提供允许无传感器电机控制构架的 ADC。该构架可节省宝贵

成本和电路板空间。

MCU 兼具较强可构造性和灵活性，可满足优化应用算法之所需。模拟

 

IC 可为 MUC 提供高效电源、电压调整、电压基准，能够驱动 MOSFET 或 IGBT 及故障保护。