無刷電機控制原理圖

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1、無刷電機的驅(qū)動工作原理1．三相驅(qū)動橋下圖為無刷電機的三相全橋驅(qū)動電路，使用六個N溝道的MOSFET管(Q1～Q6)做功率輸出元件，工作時輸出電流可達(dá)數(shù)十安。為便于描述，該電路有以下默認(rèn)約定：Q1/Q2/Q3稱做驅(qū)動橋的“上臂”，Q4/Q5/Q6稱做“下臂”。圖中R1/R2/R3為Q1/Q2/Q3的上拉電阻，連接到二極管和電容組成的倍壓整流電路(原理請自行分析)，為上臂驅(qū)動管提供兩倍于電源電壓(2×11V)的上拉電平，使上臂MOSFET在工作時有足夠高的VGS壓差，降低MOSFET大電流輸出時的導(dǎo)通內(nèi)阻，詳細(xì)數(shù)據(jù)可參考MOS管DataSheet。上臂MOS管的G極分別由Q7/Q8

2、/Q9驅(qū)動，在工作時只起到導(dǎo)通換相的作用。下臂MOS由MCU的PWM輸出口直接驅(qū)動，注意所選用的MCU管腳要有推挽輸出特性。驅(qū)動橋全部選用N溝道MOSFET的好處：大電流N溝道MOS可供選擇的型號眾多，貨源充足便于購買，使用的MOSFET類型減少，間接降低采購元件的難度。在圖1中，上臂MOS管經(jīng)過Q7/Q8/Q9驅(qū)動，邏輯電平和下臂MOS剛好相反，這樣的好處是，MCU上電時I/O默認(rèn)為1，上臂MOS不會導(dǎo)通。只有下臂MOS導(dǎo)通，因此不會有電流經(jīng)過驅(qū)動橋，消除了潛在電路隱患。C8是整個電調(diào)的電源濾波電容，使用中一定要接上，否則無刷電機的反電動勢疊加在電源上不能被濾除，由倍壓電路整

3、流后的電壓高達(dá)30V左右，己接近MOSFET的VGS上限，可能會損壞MOSFET。2．反電動勢波形上圖所示為無刷電機運轉(zhuǎn)中的理想反電動勢波形，紅線標(biāo)出來的是反電動勢的過零點。兩個虛線間是60度電氣角度，不要理解成電機的機械角度。常用航模電機屬于無刷三相六拍電機，每個電周期有六個狀態(tài)。星形接法中(Y形)在每一時刻電機的通電線圈只有兩相，另一相線圈懸空，懸空的線圈會產(chǎn)生反電動勢，反電動勢來源于電機磁體旋轉(zhuǎn)而造成本線圈切割磁力線和另兩相線圈通電時的互感。由于電機轉(zhuǎn)動的瞬時角速度呈梯形波動，產(chǎn)生的反電動勢也相應(yīng)的呈梯形變化。但這些不是重要的，我們需要的只是準(zhǔn)確的檢測出過零點，為換相做準(zhǔn)

4、備?？瓷蠄D中的第一個電周期過零點數(shù)目，三個線圈在時間軸上共出現(xiàn)6次過零點，和電周期的節(jié)拍數(shù)目相同。我們所要做的是，只要檢測到過零點，就需要給電機換相了。3．過零檢測電路用比較器檢測過零點的基本電路接法，電機的相線(A/B/C)接比較器的同相輸入端，比較器的負(fù)端接相線A/B/C的虛擬地電位。虛擬地電位由A/B/C相經(jīng)過電阻隔離形成，詳細(xì)原理可參考相關(guān)資料。相線上產(chǎn)生的反電動勢電壓以虛擬地為參考點，做正負(fù)周期性的變化。在每次比較器輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時，說明檢測到了過零點，接下來需要做換相動作了。A/B/C三相分別需要一個過零點檢測電路，也可用電子開關(guān)電路進(jìn)行實時切換，A/B/C相共用一個

5、過零檢測電路，這通常在集成了模擬外設(shè)的MCU內(nèi)實現(xiàn)。4．線圈換相的順序關(guān)于電機運行的換相步驟，需嚴(yán)格按照以下的換相順序如圖4所示，應(yīng)用中需要調(diào)換電機的轉(zhuǎn)動方向，只需把電機的任意兩根相線對調(diào)即可。5.過零點的30度電角度延遲理想的反電動勢波形和霍爾傳感器輸出波形對比圖，從圖中可看出，反電動勢的過零點和霍爾傳感器的波形翻轉(zhuǎn)同步，如果用此反電動勢過零信號進(jìn)行程序換相會獲得和有感無刷電機一樣的運轉(zhuǎn)性能。實際的反電動勢波形和霍爾波形對比圖如上所示，紅線為霍爾的輸出波形，黑色虛線是反電動勢，紫色豎線為反電動勢的過零點，時間軸的方向為從左往右，可以得知反電動勢的過零點比霍爾傳感器的輸出波形提

6、前了半個電節(jié)拍，即30度電角度。為了能夠在正確的時刻才換相，需要在檢測到反電動勢過零點后延遲30度電角度之后，才進(jìn)行換相。究竟延遲多長時間才夠30度時間呢?需要對相鄰兩個過零點之間的時間進(jìn)行計時，因為無刷電機的轉(zhuǎn)速是會變化的，相應(yīng)的電周期也會變化。用定時器得到計時值后除以2就是當(dāng)前電機轉(zhuǎn)速下的30度電角度延遲時間值，把此時間值裝入一個定時器，并打開該定時器中斷，等延時完畢進(jìn)中斷即可完成電機換相。