实战！复旦微电子资深技术专家，详解《直流无刷电机驱动基础》
时间：2021-10-20 16:50:44
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[导读]【导读】无刷直流电机（BrushlessDirectCurrentMotor,BLDCM）克服了有刷直流电机的先天性缺陷，以电子换向器取代了机械换向器，所以无刷直流电机既具有直流电机良好的调速性能等特点，又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。本次直播，复旦...
【导读】无刷直流电机（Brushless Direct Current Motor, BLDCM）克服了有刷直流电机的先天性缺陷，以电子换向器取代了机械换向器，所以无刷直流电机既具有直流电机良好的调速性能等特点，又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。本次直播，复旦微应用工程师朱思鹏先生将为您详细解读《直流无刷电机驱动基础》。
电机的种类划分非常多，而“BLDC电机”具有较高的效率和良好的操作性，可以广泛应用于家用电器、电动工具、工业控制、无人机等诸多领域。
在10月15日的直播中，复旦微电子MCU产品线资深技术工程师朱思鹏，为大家讲解了直流无刷电机驱动基础知识，具体内容包括以下几个方面：一、直流电机工作原理二、有感六步方波驱动三、FOC驱动原理四、SVPWM控制五、电流采样六、角度估算
下面咱们来介绍一下直播内容。
1、直流电动机工作原理
直流有刷电机有机械换向器
直流无刷电机无机械换向器，有控制器
从上图可以看到直流有刷电机与直流无刷电机的结构区别。
2、有感六步方波驱动
BLDC电机无传感器，分析电动势。
反电动势过零点对应转子跳边沿。
这个章节介绍了转子电压矢量、反电动势与跳边沿的波形图以及强拖启动电动机运行步骤。
3、FOC驱动原理
方波有较大的转矩波动。
矢量框图分析。
FOC（Field-Oriented Control），即磁场定向控制，也称矢量变频，是目前无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）高效控制的最佳选择。FOC精确地控制磁场大小与方向，使得电机转矩平稳、噪声小、效率高，并且具有高速的动态响应。
4、SVPWM控制
SVPWM每次需要导通三个MOS管。
0矢量不合成。
SVPWM是空间矢量脉宽调制的简称。它的原理就是通过矢量合成，输出SVPWM波形。从三相电压的效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。
5、电流采样
A相采样时间较短，咱们只采B和C相。
只有A相和B相有电阻。对PWM占空比有限制。
单电阻只采总线电流。本章节介绍了三电阻采样、双电阻采样、单电阻采样。
6、角度估算
此模型为滑模观测器模型。
总结：
由于比机械换相电机（即“有刷”电机）提供的电效率和扭矩重量比更高，电子换相电机（即“无刷”电机）越来越受欢迎。无刷直流 (BLDC) 电机通常被定义为一种永磁同步电机 (PMSM)，因采用集中式绕组，会产生梯形反电动势。这是它区别于其他 PMSM 电机的地方，后者因采用分布式定子绕组，产生的是正弦反电动势。
无刷直流电机通常使用梯形控制，但也会使用磁场定向控制。而普通 PMSM 电机通常仅使用磁场定向控制。梯形 BLDC 电机控制比磁场定向控制更简单，这种方法每次只有两相通电，扭矩控制仅需一个 PID 控制器，并且与磁场定向控制不同，它无需使用帕克和克拉克变换进行坐标变换。
我国作为全球家电电机生产数量最多的国家，电机往节能方向的发展具有重要意义。因此，BLDC无刷电机是最佳的解决方案。
随着全球工业自动化、智能化和人们生活水平的提高，BLDC无刷电机在汽车、家用电器、电子音像、信息处理设备，以及工业自动化等领域的应用将越来越广泛。
未来BLDC无刷电机使用量比较大的应用市场主要有汽车、5G、无人机/水下机器人、电踏车/电动车、工业机器人、风机、压缩机、电动工具、泵类和个人保健护理等十大潜力应用领域。
虽然本期直播已经结束了，但错过的小伙儿也不要着急，您可以复制以下链接观看回放，或点击左下“阅读原文”直接进入页面观看：https://live.21ic.com/live/play?live_id=21
电机的种类划分非常多，而“BLDC电机”具有较高的效率和良好的操作性，可以广泛应用于家用电器、电动工具、工业控制、无人机等诸多领域。
在10月15日的直播中，复旦微电子MCU产品线资深技术工程师朱思鹏，为大家讲解了直流无刷电机驱动基础知识，具体内容包括以下几个方面：一、直流电机工作原理二、有感六步方波驱动三、FOC驱动原理四、SVPWM控制五、电流采样六、角度估算
下面咱们来介绍一下直播内容。
1、直流电动机工作原理
直流有刷电机有机械换向器
直流无刷电机无机械换向器，有控制器
从上图可以看到直流有刷电机与直流无刷电机的结构区别。
2、有感六步方波驱动
BLDC电机无传感器，分析电动势。
反电动势过零点对应转子跳边沿。
这个章节介绍了转子电压矢量、反电动势与跳边沿的波形图以及强拖启动电动机运行步骤。
3、FOC驱动原理
方波有较大的转矩波动。
矢量框图分析。
FOC（Field-Oriented Control），即磁场定向控制，也称矢量变频，是目前无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）高效控制的最佳选择。FOC精确地控制磁场大小与方向，使得电机转矩平稳、噪声小、效率高，并且具有高速的动态响应。
4、SVPWM控制
SVPWM每次需要导通三个MOS管。
0矢量不合成。
SVPWM是空间矢量脉宽调制的简称。它的原理就是通过矢量合成，输出SVPWM波形。从三相电压的效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。
5、电流采样
A相采样时间较短，咱们只采B和C相。
只有A相和B相有电阻。对PWM占空比有限制。
单电阻只采总线电流。本章节介绍了三电阻采样、双电阻采样、单电阻采样。
6、角度估算
此模型为滑模观测器模型。总结：
由于比机械换相电机（即“有刷”电机）提供的电效率和扭矩重量比更高，电子换相电机（即“无刷”电机）越来越受欢迎。无刷直流 (BLDC) 电机通常被定义为一种永磁同步电机 (PMSM)，因采用集中式绕组，会产生梯形反电动势。这是它区别于其他 PMSM 电机的地方，后者因采用分布式定子绕组，产生的是正弦反电动势。
无刷直流电机通常使用梯形控制，但也会使用磁场定向控制。而普通 PMSM 电机通常仅使用磁场定向控制。梯形 BLDC 电机控制比磁场定向控制更简单，这种方法每次只有两相通电，扭矩控制仅需一个 PID 控制器，并且与磁场定向控制不同，它无需使用帕克和克拉克变换进行坐标变换。
我国作为全球家电电机生产数量最多的国家，电机往节能方向的发展具有重要意义。因此，BLDC无刷电机是最佳的解决方案。
随着全球工业自动化、智能化和人们生活水平的提高，BLDC无刷电机在汽车、家用电器、电子音像、信息处理设备，以及工业自动化等领域的应用将越来越广泛。
未来BLDC无刷电机使用量比较大的应用市场主要有汽车、5G、无人机/水下机器人、电踏车/电动车、工业机器人、风机、压缩机、电动工具、泵类和个人保健护理等十大潜力应用领域。
虽然本期直播已经结束了，但错过的小伙儿也不要着急，您可以复制以下链接观看回放，或点击左下“阅读原文”直接进入页面观看：https://live.21ic.com/live/play?live_id=21
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