【導讀】三相永磁無(wú)刷直流（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“BLDC”）電機控制需要一個(gè)電子換向電路，而傳統的有刷直流電機是采用機械自換向的方式。與有刷直流電機不同，BLDC電機沒(méi)有電刷，無(wú)需定期維護或更換，因而不易受到磨損。我們將簡(jiǎn)要介紹 BLDC 電機的結構和控制，然后介紹三種換向方法：
● 梯形換向
● 磁場(chǎng)定向控制
● 直接扭矩和磁通控制
最后，我們會(huì )介紹一種創(chuàng )新的BLDC換向方法，可以以單個(gè)電機控制集成電路(IC)實(shí)施三種換向方法中的任何一種。
BLDC結構
BLDC電機是一種旋轉式的電機，定子上有三相電樞繞組，轉子上有永磁體，與有刷直流電機的定子包含永磁體相反。BLDC轉子上的永磁體提供了一個(gè)恒定的磁場(chǎng)，使其成為一個(gè)高效率、高扭矩、低轉動(dòng)慣量的電機。三相BLDC電機控制設計，可以采用分立元件或集成的功率模塊專(zhuān)用控制IC實(shí)現。集成的解決方案可以通過(guò)減少PCB面積和制造步驟來(lái)降低整體系統成本，提高可靠性，最少化物料單(BOM)元件，降低庫存成本，并促進(jìn)新逆變器設計方案快速重用迭代。
BLDC控制
一個(gè)含三相全橋的功率級和一個(gè)控制器構成一個(gè)典型的三相BLDC電機驅動(dòng)器。它們提供基于三個(gè)霍爾效應傳感器的三相脈寬調制（PWM）信號--或者一個(gè)編碼器，為有傳感器工作提供位置反饋，或為無(wú)傳感器工作提供反電動(dòng)勢信號感測。BLDC電機的定子繞組產(chǎn)生梯形反電動(dòng)勢波形。
電子換向控制電路使用六步梯形和磁場(chǎng)定向控制 （FOC）（也稱(chēng)為矢量控制的換向方法）確定 BLDC 電機的位置和速度?；魻栃獋鞲衅骱头措妱?dòng)勢傳感都提供了一種經(jīng)濟高效的轉子位置感測方法。
圖1 BLDC體現霍爾傳感器位置
(https://www.onsemi.cn/pub/collateral/tnd6041-d.pdf)
梯形換向
6步梯形換向法因其控制算法簡(jiǎn)單，很受歡迎，這種方法在每個(gè)電機相上使用兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件，遵循預先確定的序列。三個(gè)霍爾效應傳感器提供轉子位置信息，對控制電機速度非常有效。六個(gè)步驟的開(kāi)關(guān)序列被確定為在電機旋轉時(shí)實(shí)施兩個(gè)連續的電機相位（間隔60°）。
圖2 6步梯形控制波形
(https://www.onsemi.cn/pub/collateral/tnd6041-d.pdf)
磁場(chǎng)定向控制
更適合高端應用的有傳感器或無(wú)傳感器FOC，是一種更復雜的換向方法，具有更高的處理要求?；陔姍C電流反饋計算出的電壓和電流矢量對電機換向，實(shí)現速度和扭矩的精確動(dòng)態(tài)控制，從而在寬工作范圍內保持高效率。
直接扭矩和磁通量控制
DTFC是安森美(onsemi)和Theta Power Solutions, Intl (TPSI)共同合作開(kāi)發(fā)的一種新穎獨特的、更高效的無(wú)傳感器BLDC電機換向方法。該方法使低速重載運行的BLDC電機的磁通弱化，以提高高速能力并具有最小的扭矩紋波，非常適合制動(dòng)算法，以對高慣性負載提供受控減速。
3合1的控制選擇
安森美的ecoSpin?系列可配置電機控制器可選用三種BLDC控制方法中的任何一種。ECS640A是個(gè)系統級封裝（SiP）方案，集成了一個(gè)Arm? Cortex?-M0+微控制器、三個(gè)檢測放大器、一個(gè)參考放大器、三個(gè)自舉二極管和一個(gè)為高速運行而設計的高壓柵極驅動(dòng)器。它驅動(dòng)工作電壓高達600V的MOSFET和IGBT（FAN73896），并有六個(gè)柵極驅動(dòng)器輸出，可向外部功率器件提供350mA/650mA（典型值）的柵極灌電流/拉電流，還集成霍爾傳感器，支持有傳感器或無(wú)傳感器工作。小尺寸和靈活的集成度使該器件非常適合與分立功率器件一起使用，以最大化擴展性。
電機控制系統設計人員會(huì )喜歡這種集成的解決方案，它使系統易于快速設置，不會(huì )因旋轉電機的細節疏漏而出錯，易于使用的圖形用戶(hù)界面簡(jiǎn)化了代碼開(kāi)發(fā)，加快產(chǎn)品面市。
靈活度和集成度
BLDC電機越來(lái)越受歡迎，要充分發(fā)揮其優(yōu)勢，需要采用最合適的換向方法。選擇BLDC電機控制器IC，提供最多換向選擇和高集成度的IC是有意義的。安森美的ECS640A電機控制器提供了這種靈活度，支持有傳感器和無(wú)傳感器應用，包括白家電、制冷壓縮機和鼓風(fēng)機、瓶裝冷卻器、暖通空調鼓風(fēng)機和冷凝器、泳池泵、工業(yè)驅動(dòng)和泵以及機器人。
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