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来源：深圳市鑫海文科技有限公司|发布时间：2019-07-30 19:39
无刷直流（BLDC）电机在各种应用中受到青睐，如计算机冷却风扇，磁盘驱动器，无刷电动工具，电动自行车和唱片转盘等方面都有应用。随着价格持续下降，除了一些对价格要求比较高的的应用外，电机将在更广泛的用途中得到应用。然而，随着需求的增加，对无刷驱动器运行更平稳，更高效和更安静的要求也越来越高。
虽然正弦控制是实现这些目标的最佳方式，但与传统的梯形控制技术相比，它具有额外的成本和复杂性。本文将讨论无刷驱动器控制基础知识以及考虑梯形控制的原因。然后，它将以集成的电机驱动器和控制器芯片的形式引入一些商用现成的解决方案，这些解决方案可用于向正弦曲线过渡，并且可以加速设计过程。
无刷驱动器基础知识
无刷驱动器通过反转电机设置克服了对机械换向器的要求。绕组成为定子，永磁体成为转子的一部分。通常由使用脉冲宽度调制（PWM）控制的六MOSFET桥接器供电，绕组以受控的顺序进行换向，以产生旋转磁场，该磁场“拖动”转子并驱动附着的负载（图1）。
图1：无刷驱动器通过使用PWM信号顺序激励绕组供电。PWM信号的占空比与驱动电压成比例。在该图像中，“U”，“V”和“W”是绕组，“HA”，“HB”和“HC”是位置感应霍尔效应传感器。（图片来源：安森美半导体/ Fairchild）
序列由定子和转子的相对位置确定，由霍尔效应传感器测量，或者在电机旋转时产生的反电磁力（EMF）的大小（在“无传感器”单元中）。电子换向有三种控制方案：梯形，正弦和磁场定向控制（FOC）。FOC实现起来很昂贵，并且保留用于高端应用程序，本文不讨论。
对于许多应用，梯形控制无刷驱动器是最佳解决方案。它们结构紧凑，可靠且价格迅速下降，特别适用于许多小型电机应用，包括汽车，白色家电和计算机。此外，梯形技术是最容易实现的，并且是最受欢迎的。电机的每相都由直流电供电，每60˚换向一次。相位被驱动为“高”，“低”或浮动。
理论上，这样的系统可以产生平滑，恒定的扭矩。实际上，给定相的电流不可能瞬间从低变高。相反，由此产生的上升时间会在输出中产生一个与换向时序一致的纹波（图2）。
图2：使用梯形控制的三相无刷驱动器的电气波形。请注意，换相时每相驱动电流会略微下降。这会导致电机扭矩产生波动。虚线描绘了每相中反电动势的梯形轮廓，过零点与相位浮动周期的中点重合。（图片来源：德州仪器）
扭矩纹波不是梯形控制无刷驱动器的唯一缺点。另一个缺点是电噪声和声学噪声。这种噪声的一个关键来源是快速切换直流电为各相供电。从电气角度来看，这种噪音会加热绕组并降低效率。从声学角度来看，由开关频率及其谐波产生的“嗡嗡声”处于可听频率，虽然不一定响亮，但可以是光栅。
（有关无刷驱动器操作和梯形控制方案的更多信息，请参阅库文章“ 如何为无刷直流电机供电和控制 ”。）
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