直流無刷電機的驅(qū)動原理分析目錄TOC\o"1-3"\h\u21090直流無刷電機的驅(qū)動原理分析 1139411.1驅(qū)動原理 1211621.2霍爾傳感器控制模式 3204001.3直流無刷電機速度控制原理 61.1驅(qū)動原理直流無刷電機的邏輯結構圖1.1邏輯結構圖1.2簡化邏輯結構根據(jù)直流無刷電機的工作原理，我們對三個線圈中任意兩個線圈通電流此時通電線圈產(chǎn)生的磁場滿足磁場的矢量合成原則。圖1.3單向合成磁場所以通過對線圈有規(guī)律的通電我們可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。圖1.4合成旋轉(zhuǎn)磁場由此就可以對驅(qū)動方案作初步的設計，根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極位置對定子線圈進行換向通電而形成6步的旋轉(zhuǎn)磁場進而帶動轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動。上圖為六步控制的演示過程，假設BLDC額定電壓為24V，電機三根線為A、B、C。則：=1\*GB2⑴A接24V、B懸空、C接GND，此時電機轉(zhuǎn)軸固定于某一位置；=2\*GB2⑵在（1）的基礎上，改變接線方式，A接24V、B接GND、C懸空，此時電機將旋轉(zhuǎn)一定角度；=3\*GB2⑶在（2）的基礎上，改變接線方式，A懸空、B接GND、C接24V，此時電機將在（2）的基礎上繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一定角度；=4\*GB2⑷在（3）的基礎上，改變接線方式，A接GND、B懸空、C接24V，此時電機將在（3）的基礎上繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一定角度；=5\*GB2⑸在（4）的基礎上，改變接線方式，A接GND、B接24V、C懸空，此時電機將在（4）的基礎上繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一定角度；=6\*GB2⑹在（5）的基礎上，改變接線方式，A懸空、B接24V、C接GND，此時電機將在（5）的基礎上繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一定角度。1.2霍爾傳感器控制模式霍爾效應傳感器是一種廣泛使用的傳感器，它向電機控制器提供轉(zhuǎn)子位置反饋。無刷直流電動機控制器向轉(zhuǎn)子磁鐵提供矩形波形（電壓），并產(chǎn)生驅(qū)動電機的磁場。轉(zhuǎn)子的速度和位置在電機換向中的重要性。無刷直流電機的換向是一個6步的過程。一個3相H橋用于創(chuàng)建6個流向，每個流向?qū)е码姍C旋轉(zhuǎn)60度（對應于下一個位置），從而實現(xiàn)360度的完整旋轉(zhuǎn)。為了移動電機，電機控制器通過定子的線圈發(fā)送電流。這就產(chǎn)生了磁場，反過來在轉(zhuǎn)子（永磁體）上產(chǎn)生了扭矩。因此，轉(zhuǎn)子開始移動。現(xiàn)在，如果轉(zhuǎn)子到達正在移動它的磁場附近，由于極性改變，轉(zhuǎn)子將趨于停止。在這種情況下，磁場將開始吸引轉(zhuǎn)子并停止運動。為了避免這種情況，電機控制系統(tǒng)會切換提供給定子的電流，從而產(chǎn)生一個新的磁場，轉(zhuǎn)子繼續(xù)運動。因此，換向的過程就是在正確的場合切換電流。需要一個傳感器來向電機控制系統(tǒng)提供反饋，指示轉(zhuǎn)子何時達到所需的位置。如果換向的速度比轉(zhuǎn)子的速度快或慢，磁鐵就會與定子的磁場不同步。這導致轉(zhuǎn)子振動和停止，而不是旋轉(zhuǎn)。一次換向后，必須確定轉(zhuǎn)子相對于定子的位置，以便啟動下一次換向。因此，位置檢測也是一個關鍵參數(shù)。在電動機行業(yè)有許多類型的傳感器，如編碼器、開關和電位器。然而，最廣泛使用和部署的傳感器是霍爾效應傳感器。霍爾效應傳感器本質(zhì)上是一種基于霍爾效應原理的傳感器。當電流在一個方向流動的導體或半導體被引入垂直于磁場的方向時，得到一個可測量的電壓，這種效果被稱為霍爾效應。更簡單地說，當磁場以垂直于電流流動的方向施加于電導體時，電導體上會產(chǎn)生一個電壓?；魻栃獋鞲衅魇且环N固態(tài)設備，它應用這一原理來確定有效運行無刷直流電動機所需的位置、速度和各種其他屬性。在任何時候都有一個小數(shù)值的電流通過霍爾條。如前所述，來自該轉(zhuǎn)子磁鐵的交變磁場將在霍爾條上產(chǎn)生一個電壓。然后，該電壓被送入數(shù)字電路，反過來，它給出了一個數(shù)字信號作為霍爾效應傳感器的輸出。通常情況下，無刷直流電機的轉(zhuǎn)子或定子上會安裝三個霍爾效應傳感器。這些霍爾傳感器彼此相距120度，提供0至360度的角度位置。當轉(zhuǎn)子磁鐵穿過其中一個傳感器時，它會產(chǎn)生一個低信號或高信號，這取決于是轉(zhuǎn)子的北極還是南極通過。當轉(zhuǎn)子穿過所有三個傳感器時，這些傳感器在低電平和高電平之間切換，從而每隔60度給出轉(zhuǎn)子的位置。在無刷直流電機控制器中使用霍爾效應傳感器的優(yōu)點：霍爾效應傳感器是一個由磁鐵組成的非常簡單的設備，因此，對于電機控制系統(tǒng)來說，非常具有成本效益。出于同樣的原因，這些傳感器很容易在電動車和其他汽車解決方案的先進電機控制系統(tǒng)中實現(xiàn)。大多數(shù)無刷直流電機都配備了這些傳感器?；魻栃獋鞲衅鲗Νh(huán)境條件，如濕度、溫度、灰塵和振動大多是免疫的。包裹它一個無刷直流電動機控制系統(tǒng)內(nèi)部有很多事情要做。有FOC算法、H橋電路、高效換向等。在無刷直流電動機控制系統(tǒng)內(nèi)的眾多組件中，一個非常小的、不起眼的傳感器--霍爾效應傳感器，讓人感到它的存在。由于成本效益高且易于實施，這些傳感器使新時代的無刷直流電動機控制解決方案在汽車行業(yè)中更加高效和易于部署。這里以具體實例來實現(xiàn)6步換向控制。當霍爾在和電機轉(zhuǎn)子做相對運動時，會隨著轉(zhuǎn)子磁密度的變化，產(chǎn)生變化的信號。圖1.5霍爾效應原理安裝霍爾元件：圖1.6120°霍爾安裝方式本設計采用二二導通方式，每一瞬間有兩個功率管導通，每隔六分之一周期（60°電角度）換向。換向發(fā)生在橋臂左右之間，每個功率管導通120°電角度。二二導通方式轉(zhuǎn)矩特性優(yōu)，電機出力較大，同時又不會發(fā)生功率管直通短路的現(xiàn)象。這也是我們選擇安裝霍爾元件為此種方式的原因。霍爾信號變化：圖1.7霍爾信號隨轉(zhuǎn)子磁密變化圖1.8霍爾信號時序圖1.3直流無刷電機速度控制原理PWM基本原理：脈沖寬度調(diào)制，晶體管的基極或柵極MOS偏置電壓根據(jù)負載變化進行調(diào)整，以改變晶體管或MOS的開啟時間，實現(xiàn)開關穩(wěn)壓器輸出的變化。本設計利用PWM調(diào)節(jié)電樞電壓，將晶體管工作在開關狀態(tài)，根據(jù)具體需求，按一個固定的頻率改變通斷時間。圖1.9占空比調(diào)速原理電機轉(zhuǎn)速最大為VMAX。設占空比為：(3-1)電機平均速度：(3-2)根據(jù)公式，只需改變占空比就可以改變平均速度，從而達到調(diào)速目的。占空比表示在一個固定周期T里導通時間的占比，變化范圍0-1。在外部電源不變的情況下(VMAX不變)，平均輸出電壓值（Vd）取決于占空比的大小，改變占空比也就是改變平均輸出電壓值，就能達到控制電機轉(zhuǎn)速的目的，這就是PWM調(diào)速。占空比D的大小由T和t兩個數(shù)大小確定，所以改變D的大小有下述幾種方法：定寬調(diào)頻法（固定t，改變T）、定頻調(diào)寬法（固定T，改變t）和調(diào)寬調(diào)頻法（T、t