关于BLDC电机控制的所有信息：无传感器无刷直流电机控制器

ti

了解无传感器无刷直流电动机控制器，一些示例IC以及使用此类电动机的一些缺点。
有刷和无刷直流电动机的快速回顾无刷直流（BLDC）电机已比其前身有刷直流电机（参见下图）大受欢迎。顾名思义，“有刷”直流电动机使用电刷和换向器来控制电动机转子的运动。

图1.有刷直流电动机使用电刷和换向器。图片由克莱姆森大学提供。
再次，正如其名称所暗示的那样，无刷直流电动机不使用电刷。通过精心设计的驱动信号来控制电动机的运动。与有刷电机相比，无刷电机具有更高的可靠性，更长的使用寿命，更小的尺寸和更轻的重量。BLDC电动机在效率是至关重要的应用中变得越来越普遍，并且一般而言，BLDC电动机被认为是一种高性能电动机，能够在很宽的转速范围内提供大量扭矩。
某些BLDC电机使用霍尔效应传感器来检测电机转子相对于电机定子的位置（请参见下面的图2）。

图2.使用霍尔效应传感器的BLDC电机。图片由Nidec.com提供。
其他电机没有传感器。它们被称为无传感器BLDC电机。代替使用霍尔效应传感器确定转子的位置和/或速度，采用了一种称为反电动势的现象（请参见下面的图3）。

图3.使用反电动势的无传感器BLDC电机控制。图片由Microchip提供（第4页）。无传感器BLDC电机控制无传感器BLDC电动机控制（有时称为BLDC电动机的无传感器梯形控制）使用反电动势（BEMF）来确定电动机转子（电动机旋转部分）相对于电动机定子（静止部分）的位置。
施加在电动机绕组上的电压会迫使电动机的转子转动。但是，转子在电动机磁场中的运动类似于发电机的行为，因此电动机不仅会接收施加的电压，还会产生自己的电压。该电压称为反电动势或反电动势，它与电动机的转速成正比。反电动势可用于确定电动机的转子速度和位置-无需传感器。通过反电动势控制电动机不是一件容易的事。大多数无传感器BLDC电机是通过微控制器，数字信号处理器或专用驱动器IC控制的。下图显示了典型的无传感器BLDC电机驱动器。

图4.典型的无传感器BLDC电机驱动器。
德州仪器（ti）的DRV10983是一款三相无传感器电机驱动器，具有集成功率MOSFET，能够提供高达2 A的连续驱动电流。它具有高度集成性，几乎不需要外部组件。

图5. TI的DRV10983无传感器BLDC电机控制驱动器。图片由Texas Instruments提供（第1页）。
并非所有无传感器BLDC电机控制器都集成了MOSFET。例如，考虑Allegro 的A4964。这部分需要使用外部N沟道功率MOSFET；它可以与微控制器结合使用，也可以作为独立的单芯片电动机控制器运行。

图6. Allegro的A4964无传感器BLDC控制器可以与微控制器一起运行，也可以作为独立的电机控制器运行。图片取自A4964 数据表。
如前所述，梯形有时在描述无传感器BLDC电机控制器时使用。而且，当查看下图时，很容易明白为什么：三个电机相中每相的电压波形均为梯形。

图7. Microchip的AN970显示霍尔效应传感器波形和相应的反EMF梯形波形。图片由Microchip提供（第3页）。无传感器BLDC电机控制器的缺点当无传感器BLDC电动机的转子旋转时，其无传感器方案可以完美运行。但是，当电动机的转子固定时情况并非如此，这导致我们使用无传感器BLDC电动机的一个主要缺点。当电动机的转子不转动时，不会产生反电动势。如果没有反电动势，驱动电路将缺少正确控制电动机所需的信息。
针对此问题，德州仪器（TI）提供了两种解决方案，如其DRV10983数据表（第17页）所述：

使用DRV10983的初始位置检测（IPD）功能“基于确定性电感变化确定转子位置，这在BLDC电机中经常存在”。
或者，使用“ 对齐并移动”技术。通过这种方法，在相之一之间施加电压，以迫使转子进入已知的对准状态。

使用无传感器BLDC电机的另一个缺点与反电动势和角速度之间的关系有关。较低的速度意味着较少的反电动势，因此，在低速应用中，霍尔效应BLDC电动机可能比无传感器BLDC电动机更有效。
结论与标准有刷电动机相比，无刷直流电动机具有明显的优势。无刷直流实现可以是无传感器的，也可以基于集成在电动机中的霍尔效应传感器（第三个选择是使用外部角度位置传感器）。无传感器系统可降低成本，并减少驱动器模块与电机之间的互连；它们可能有些复杂，但是高性能集成电路有助于简化设计任务。尽管通常最好使用无传感器系统，但对于低速应用，使用霍尔效应传感器可能是更好的选择。