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來源：深圳市鑫海文科技有限公司|發(fā)布時間：2019-07-30 19:39
無刷直流（BLDC）電機在各種應(yīng)用中受到青睞，如計算機冷卻風(fēng)扇，磁盤驅(qū)動器，無刷電動工具，電動自行車和唱片轉(zhuǎn)盤等方面都有應(yīng)用。隨著價格持續(xù)下降，除了一些對價格要求比較高的的應(yīng)用外，電機將在更廣泛的用途中得到應(yīng)用。然而，隨著需求的增加，對無刷驅(qū)動器運行更平穩(wěn)，更高效和更安靜的要求也越來越高。
雖然正弦控制是實現(xiàn)這些目標(biāo)的最佳方式，但與傳統(tǒng)的梯形控制技術(shù)相比，它具有額外的成本和復(fù)雜性。本文將討論無刷驅(qū)動器控制基礎(chǔ)知識以及考慮梯形控制的原因。然后，它將以集成的電機驅(qū)動器和控制器芯片的形式引入一些商用現(xiàn)成的解決方案，這些解決方案可用于向正弦曲線過渡，并且可以加速設(shè)計過程。
無刷驅(qū)動器基礎(chǔ)知識
無刷驅(qū)動器通過反轉(zhuǎn)電機設(shè)置克服了對機械換向器的要求。繞組成為定子，永磁體成為轉(zhuǎn)子的一部分。通常由使用脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制的六MOSFET橋接器供電，繞組以受控的順序進行換向，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場“拖動”轉(zhuǎn)子并驅(qū)動附著的負載（圖1）。
圖1：無刷驅(qū)動器通過使用PWM信號順序激勵繞組供電。PWM信號的占空比與驅(qū)動電壓成比例。在該圖像中，“U”，“V”和“W”是繞組，“HA”，“HB”和“HC”是位置感應(yīng)霍爾效應(yīng)傳感器。（圖片來源：安森美半導(dǎo)體/ Fairchild）
序列由定子和轉(zhuǎn)子的相對位置確定，由霍爾效應(yīng)傳感器測量，或者在電機旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的反電磁力（EMF）的大小（在“無傳感器”單元中）。電子換向有三種控制方案：梯形，正弦和磁場定向控制（FOC）。FOC實現(xiàn)起來很昂貴，并且保留用于高端應(yīng)用程序，本文不討論。
對于許多應(yīng)用，梯形控制無刷驅(qū)動器是最佳解決方案。它們結(jié)構(gòu)緊湊，可靠且價格迅速下降，特別適用于許多小型電機應(yīng)用，包括汽車，白色家電和計算機。此外，梯形技術(shù)是最容易實現(xiàn)的，并且是最受歡迎的。電機的每相都由直流電供電，每60?換向一次。相位被驅(qū)動為“高”，“低”或浮動。
理論上，這樣的系統(tǒng)可以產(chǎn)生平滑，恒定的扭矩。實際上，給定相的電流不可能瞬間從低變高。相反，由此產(chǎn)生的上升時間會在輸出中產(chǎn)生一個與換向時序一致的紋波（圖2）。
圖2：使用梯形控制的三相無刷驅(qū)動器的電氣波形。請注意，換相時每相驅(qū)動電流會略微下降。這會導(dǎo)致電機扭矩產(chǎn)生波動。虛線描繪了每相中反電動勢的梯形輪廓，過零點與相位浮動周期的中點重合。（圖片來源：德州儀器）
扭矩紋波不是梯形控制無刷驅(qū)動器的唯一缺點。另一個缺點是電噪聲和聲學(xué)噪聲。這種噪聲的一個關(guān)鍵來源是快速切換直流電為各相供電。從電氣角度來看，這種噪音會加熱繞組并降低效率。從聲學(xué)角度來看，由開關(guān)頻率及其諧波產(chǎn)生的“嗡嗡聲”處于可聽頻率，雖然不一定響亮，但可以是光柵。
（有關(guān)無刷驅(qū)動器操作和梯形控制方案的更多信息，請參閱庫文章“ 如何為無刷直流電機供電和控制 ”。）
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