直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)目標(biāo)在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)中，主要考慮以下幾點(diǎn)：功能：電機(jī)是單向還是雙向轉(zhuǎn)動(dòng)?需不需要調(diào)速?對(duì)于單向的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，只要用一個(gè)大功率三極管或場(chǎng)效應(yīng)管或繼電器直接帶動(dòng)電機(jī)即可，當(dāng)電機(jī)需要雙向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以使用由4個(gè)功率元件組成的H橋電路或者使用一個(gè)雙刀雙擲的繼電器。如果不需要調(diào)速，只要使用繼電器即可;但如果需要調(diào)速，可以使用三極管，場(chǎng)效應(yīng)管等開關(guān)元件實(shí)現(xiàn)PWM(脈沖寬度調(diào)制)調(diào)速。

　　一、無刷直流電機(jī)(BLDC)及其驅(qū)動(dòng)方式概覽

　　無刷直流電機(jī)(BLDC)作為一種高效、可靠的電動(dòng)機(jī)類型，在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其獨(dú)特的驅(qū)動(dòng)方式，結(jié)合電子換相技術(shù)，使得電機(jī)在運(yùn)行過程中能夠保持高效、平穩(wěn)的特性。本文將深入探討無刷直流電機(jī)的多種驅(qū)動(dòng)方式，幫助讀者全面理解其工作原理與性能特點(diǎn)。

　　1.1 BLDC及其組成

　　無刷直流電機(jī)通過電子換向器取代了傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向裝置，從而有效解決了電刷和換向器帶來的諸多問題，如噪聲、火花、電磁干擾以及壽命短等。這種電機(jī)不僅繼承了交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，更兼具了直流電機(jī)的高運(yùn)行效率、無勵(lì)磁損耗以及出色的調(diào)速性能。正因如此，無刷直流電機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，涵蓋家用電器、電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車以及電動(dòng)平衡車等多個(gè)領(lǐng)

　　無刷直流電機(jī)由三個(gè)主要部分構(gòu)成，它們分別是電機(jī)本體、位置傳感器以及電子開關(guān)線路。在結(jié)構(gòu)上，電機(jī)本體與永磁同步電機(jī)頗為相似。而電子開關(guān)線路則是由功率邏輯開關(guān)單元(例如IGBT、MOS管等)和位置傳感器信號(hào)處理單元共同組成。該線路的導(dǎo)通順序與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角保持同步，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)械換向器的換向功能。

　　1.2 BLDC的工作原理

　　無刷直流電機(jī)(BLDC)的工作原理，可以概括為“三相六拍”的換向過程。其電子開關(guān)線路根據(jù)位置傳感器的信號(hào)，依次控制電機(jī)本體的三相繞組進(jìn)行通電與斷電，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這種換向方式不僅保證了電機(jī)的高效率，還大大延長(zhǎng)了其使用壽命。

　　無刷直流電機(jī)的控制原理，可以簡(jiǎn)化為一個(gè)示意圖，清晰地展示了電機(jī)的工作過程。通過位置傳感器的信號(hào)，電子開關(guān)線路精準(zhǔn)地控制電機(jī)本體的三相繞組的通電與斷電，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的順暢旋轉(zhuǎn)。這種控制方式不僅高效，而且可靠，為電機(jī)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。主電路采用的是典型的電壓型交-直-交電路設(shè)計(jì)，其中逆變器負(fù)責(zé)產(chǎn)生等幅等頻的5-24KHz調(diào)制波，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為對(duì)稱的交變矩形波。而永磁體的N-S極交替變化，會(huì)引發(fā)位置傳感器輸出相位差為120度的H3、H2、H1方波，這些方波經(jīng)過處理后，將產(chǎn)生一個(gè)有效的六狀態(tài)編碼信號(hào)。

　　在電路設(shè)計(jì)中，主電路采用了經(jīng)典的電壓型交-直-交架構(gòu)。逆變器是其中的關(guān)鍵組件，它能夠生成幅度和頻率穩(wěn)定的5-24KHz調(diào)制波，這些調(diào)制波經(jīng)過轉(zhuǎn)換，會(huì)形成對(duì)稱的交變矩形波。同時(shí)，永磁體的N-S極交替變化，會(huì)觸發(fā)位置傳感器輸出相位差為120度的H3、H2、H1方波。這些方波經(jīng)過進(jìn)一步處理，能夠生成一個(gè)高效且具有六狀態(tài)編碼功能的信號(hào)。

　　在電路設(shè)計(jì)的主電路部分，我們采用了經(jīng)過時(shí)間考驗(yàn)的電壓型交-直-交體系。該體系的核心在于逆變器，其功能是生成穩(wěn)定且頻率在5-24KHz范圍內(nèi)的調(diào)制波。這些精心調(diào)制的波形經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)換，最終轉(zhuǎn)化為對(duì)稱的交變矩形波，為電路提供穩(wěn)定的電源。此外，永磁體的N-S極交替變化，會(huì)直接觸發(fā)位置傳感器，從而輸出相位差為120度的H3、H2、H1方波。這些方波經(jīng)過精心處理后，能夠生成一個(gè)既高效又具備六狀態(tài)編碼功能的信號(hào)，為電路的穩(wěn)定運(yùn)行提供有力支持。

　　60°電角度，轉(zhuǎn)子會(huì)跟隨定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，這一過程相當(dāng)于轉(zhuǎn)子在空間中移動(dòng)了60°的位置。在這個(gè)新的位置上，位置傳感器U、V、W會(huì)按照預(yù)先設(shè)定的規(guī)則生成一組新的編碼。這組新的編碼會(huì)進(jìn)一步改變功率管的導(dǎo)通狀態(tài)，從而引導(dǎo)定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)軸線繼續(xù)前進(jìn)。

　　60°電角度的循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得無刷直流電動(dòng)機(jī)能夠持續(xù)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)負(fù)載進(jìn)行連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

　　二、BLDC的主流驅(qū)動(dòng)方法

　　現(xiàn)今，BLDC的主流驅(qū)動(dòng)方式可概括為三種：方波控制，亦被稱為梯形波控制，以及另外兩種方法。

　　120°控制或6步換向控制、正弦波控制，以及FOC控制(亦被稱為矢量變頻、磁場(chǎng)矢量定向控制)。

　　2.1 方波控制

　　方波控制是一種基本的電機(jī)控制方式。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，方波控制通過產(chǎn)生方波電壓或電流來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。這種控制方式具有簡(jiǎn)單、直接的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中。然而，方波控制也存在一些不足之處，如轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪音等問題，需要結(jié)合具體應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行選擇和優(yōu)化。

　　?BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)?是指驅(qū)動(dòng)無刷直流電機(jī)(BLDC)的控制系統(tǒng)，它通過電子換向器取代了傳統(tǒng)的機(jī)械換向裝置，從而解決了有刷電機(jī)中的噪聲、火花、電磁干擾等問題。BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電機(jī)本體、位置傳感器和電子開關(guān)線路組成。

　　BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)的工作原理

　　BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)的工作原理基于“三相六拍”的換向過程。電子開關(guān)線路根據(jù)位置傳感器的信號(hào)，依次控制電機(jī)本體的三相繞組進(jìn)行通電與斷電，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這種換向方式不僅保證了電機(jī)的高效率，還大大延長(zhǎng)了其使用壽命?1。

　　BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用場(chǎng)景

　　BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)由于其高效、可靠和易于維護(hù)的特點(diǎn)，在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。常見的應(yīng)用場(chǎng)景包括家用電器(如空調(diào)、冰箱)、電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車以及電動(dòng)平衡車等?1。此外，BLDC電機(jī)還廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療器械和汽車等領(lǐng)域，特別是在需要高效率和精確控制的場(chǎng)合?2。

　　BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)

　　?高效能?：BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)通過電子換向器取代了機(jī)械換向裝置，減少了能量損失，提高了電機(jī)的效率?1。

　　?可靠性高?：由于去除了機(jī)械接觸部件，減少了磨損和故障的可能性，提高了電機(jī)的運(yùn)行可靠性?1。

　　?低噪音?：沒有機(jī)械換向帶來的火花和噪聲，運(yùn)行更加安靜?1。

　　?長(zhǎng)壽命?：電子換向減少了機(jī)械磨損，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命?1。