无刷直流电机(BLDC)及其驱动方式概览

[导读]无刷直流电机(BLDC)作为一种高效、可靠的电动机类型，在众多领域得到了广泛应用。

胶片式照相机的电机驱动Motor drive是组装在胶片式照相机内的微型电机或弹簧及其附件的总称，借助微型电机自动地卷取胶片，大多是指35毫米单镜头反光相机所用的。拍一片格和连拍可以交替，连拍时一般一秒钟拍3—5片格。视照相机的种类，将背部盖子换为长胶卷用片盒，即可拍250片格。除供利用软线的遥控摄影外，亦可借连接到定时器上的间隔控拍器自动地拍摄，或靠控制快门等，应用面较广。倘不需连拍时，使用自动卷片器亦可。

直流电机驱动电路的设计目标在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑以下几点：功能：电机是单向还是双向转动?需不需要调速?对于单向的电机驱动，只要用一个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机即可，当电机需要双向转动时，可以使用由4个功率元件组成的H桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。如果不需要调速，只要使用继电器即可;但如果需要调速，可以使用三极管，场效应管等开关元件实现PWM(脉冲宽度调制)调速。

一、无刷直流电机(BLDC)及其驱动方式概览

无刷直流电机(BLDC)作为一种高效、可靠的电动机类型，在众多领域得到了广泛应用。其独特的驱动方式，结合电子换相技术，使得电机在运行过程中能够保持高效、平稳的特性。本文将深入探讨无刷直流电机的多种驱动方式，帮助读者全面理解其工作原理与性能特点。

1.1 BLDC及其组成

无刷直流电机通过电子换向器取代了传统直流电动机的机械换向装置，从而有效解决了电刷和换向器带来的诸多问题，如噪声、火花、电磁干扰以及寿命短等。这种电机不仅继承了交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等优点，更兼具了直流电机的高运行效率、无励磁损耗以及出色的调速性能。正因如此，无刷直流电机在工业领域的应用日益广泛，涵盖家用电器、电动工具、电动自行车、电动摩托车以及电动平衡车等多个领

无刷直流电机由三个主要部分构成，它们分别是电机本体、位置传感器以及电子开关线路。在结构上，电机本体与永磁同步电机颇为相似。而电子开关线路则是由功率逻辑开关单元(例如IGBT、MOS管等)和位置传感器信号处理单元共同组成。该线路的导通顺序与转子的转角保持同步，从而实现了机械换向器的换向功能。

1.2 BLDC的工作原理

无刷直流电机(BLDC)的工作原理，可以概括为“三相六拍”的换向过程。其电子开关线路根据位置传感器的信号，依次控制电机本体的三相绕组进行通电与断电，进而实现电机的连续旋转。这种换向方式不仅保证了电机的高效率，还大大延长了其使用寿命。

无刷直流电机的控制原理，可以简化为一个示意图，清晰地展示了电机的工作过程。通过位置传感器的信号，电子开关线路精准地控制电机本体的三相绕组的通电与断电，从而实现电机的顺畅旋转。这种控制方式不仅高效，而且可靠，为电机的长期稳定运行提供了有力保障。主电路采用的是典型的电压型交-直-交电路设计，其中逆变器负责产生等幅等频的5-24KHz调制波，进而转换为对称的交变矩形波。而永磁体的N-S极交替变化，会引发位置传感器输出相位差为120度的H3、H2、H1方波，这些方波经过处理后，将产生一个有效的六状态编码信号。

在电路设计中，主电路采用了经典的电压型交-直-交架构。逆变器是其中的关键组件，它能够生成幅度和频率稳定的5-24KHz调制波，这些调制波经过转换，会形成对称的交变矩形波。同时，永磁体的N-S极交替变化，会触发位置传感器输出相位差为120度的H3、H2、H1方波。这些方波经过进一步处理，能够生成一个高效且具有六状态编码功能的信号。

在电路设计的主电路部分，我们采用了经过时间考验的电压型交-直-交体系。该体系的核心在于逆变器，其功能是生成稳定且频率在5-24KHz范围内的调制波。这些精心调制的波形经过一系列转换，最终转化为对称的交变矩形波，为电路提供稳定的电源。此外，永磁体的N-S极交替变化，会直接触发位置传感器，从而输出相位差为120度的H3、H2、H1方波。这些方波经过精心处理后，能够生成一个既高效又具备六状态编码功能的信号，为电路的稳定运行提供有力支持。

60°电角度，转子会跟随定子磁场的转动而转动，这一过程相当于转子在空间中移动了60°的位置。在这个新的位置上，位置传感器U、V、W会按照预先设定的规则生成一组新的编码。这组新的编码会进一步改变功率管的导通状态，从而引导定子绕组产生的磁场轴线继续前进。

60°电角度的循环转动，使得无刷直流电动机能够持续产生转矩，进而驱动负载进行连续的旋转运动。

二、BLDC的主流驱动方法

现今，BLDC的主流驱动方式可概括为三种：方波控制，亦被称为梯形波控制，以及另外两种方法。

120°控制或6步换向控制、正弦波控制，以及FOC控制(亦被称为矢量变频、磁场矢量定向控制)。

2.1 方波控制

方波控制是一种基本的电机控制方式。在电机驱动系统中，方波控制通过产生方波电压或电流来驱动电机，从而实现电机的运转。这种控制方式具有简单、直接的特点，被广泛应用于各种电机驱动应用中。然而，方波控制也存在一些不足之处，如转矩脉动和噪音等问题，需要结合具体应用场景进行选择和优化。

‌BLDC电机驱动‌是指驱动无刷直流电机(BLDC)的控制系统，它通过电子换向器取代了传统的机械换向装置，从而解决了有刷电机中的噪声、火花、电磁干扰等问题。BLDC电机驱动系统主要由电机本体、位置传感器和电子开关线路组成。

BLDC电机驱动的工作原理

BLDC电机驱动的工作原理基于“三相六拍”的换向过程。电子开关线路根据位置传感器的信号，依次控制电机本体的三相绕组进行通电与断电，从而实现电机的连续旋转。这种换向方式不仅保证了电机的高效率，还大大延长了其使用寿命‌1。

BLDC电机驱动的应用场景

BLDC电机驱动由于其高效、可靠和易于维护的特点，在多个领域得到了广泛应用。常见的应用场景包括家用电器(如空调、冰箱)、电动工具、电动自行车、电动摩托车以及电动平衡车等‌1。此外，BLDC电机还广泛应用于工业设备、医疗器械和汽车等领域，特别是在需要高效率和精确控制的场合‌2。