设备和轿车等范畴。相关于传统有刷电机，虽然无刷直流电机可以供给更牢靠和免维护的代替计划，但却需求更杂乱的

　　在曩昔十年中，无刷直流电机现已变得十分盛行，它的运用或许比Wi-Fi愈加遍及，不管在家里、办公室，仍是在轿车等周围场景中，您或许都会惊奇地发现这些无刷直流电机。Allied Market Research估量，到2030年，全球无刷直流电机商场将从2020年的332亿美元增至722亿美元（参见图1），其《2030年无刷直流电机商场研讨》陈述猜测，一切额定功率电机的复合年增长率为10.3%，其间750～3000W类别的无刷直流电机复合年增速最为明显。

　　无刷直流电机适用于多种不同运用，包含电池供电的电动工具、家用吸尘器、无线遥控无人机和电动轿车，以及从传送带到出产机器人等数百种工业范畴的运用。

　　无刷直流电机因为其低维护特性而遭到欢迎，它们的能效也很高，一般高达92%，比平等尺度的有刷电机高出至少10%至15%。此外，因为没有任何电刷冲突，BLDC可以以更高的速度运转。去除电刷也有助于完成更紧凑的尺度，具有较低的可听噪声，并可明显下降EMI。这些特性使它们成为电动轿车的抱负动力传动部件，因为在电动轿车中，高扭矩和高速功用至关重要。

　　可是，BLDC所具有的优势也需求与其较高的本钱和杂乱的驱动要求一起考虑。图2比较了盛行的不同品种电机装备，显现了它们的优缺点。虽然无刷直流电机操作和定子绕组内部结构略有不同，但它们与永磁同步电机（PMSM）很类似。

　　在评论BLDC和PMSM怎么作业之前，让咱们扼要介绍一些根本的电机术语：

　　绕组：绕组是指放置在定子或转子上的铜线线圈，它们起着电磁铁的效果，可依据电流的方向发生磁场。图2中无刷直流电机的三个绕组可以串联衔接构建单相电机，也可以独自衔接构建三相无刷直流电机。

　　转子：转子是指电机的旋转部件。转子周围的绕组经过有刷电机电刷接纳能量。在无刷电机中绕组是在定子上，永磁铁围绕着转子。转子和定子之间存在微小气隙。

　　定子：定子是外壳电机的非旋转部分。图2中显现了有刷电机的定子磁极。如果与BLDC比较，BLDC中的定子包含非旋转绕组。

　　反电动势：反电动势是绕组在经过磁场时发生的电能。在无刷直流电机情况下，反电动势来自转子的永久磁铁，它可用于感应转子相关于定子绕组的方位，然后驱动换向进程。

　　永磁同步电机和无刷直流电机之间的差异首要在于其定子绕组的形状，以及由此发生的反电动势波形特性（参见图3）。

　　图3：BDLC和PMSM电机发生的反电动势波形比较。（来历：Qorvo）

　　完成无刷直流电机或永磁同步电机的旋转需求经过对施加到定子绕组的驱动信号进行换向。依据半导体器材的电机驱动操控器（一般称为驱动器）发生波形，波形的数量和形状取决于电机类型和相数。如图3所示，与永磁同步电机选用的具有磁场定向操控（FOC）正弦办法比较，无刷直流电机合适梯形驱动波形。在三相PMSM中，换向运用三个正弦波波形，相位互相相差120度。BLDC电机也可以运用正弦波形来驱动。

　　不管是运用FOC仍是梯形驱动器，有用的转子操控都需求精确地知道转子相关于定子绕组的方位，这可以为电机驱动供给重要的反应，以便更好地操控电机速度和扭矩。方位信息决议驱动信号的次序、时刻和频率。

　　传感器：霍尔效应传感器可安置在每个定子绕组周围（参见图2中的蓝色小方块），在转子旋转时可检测磁场极性的改动（N到S，S到N）。每个三相电机需求三个传感器。

　　两种感测办法各有利弊。运用霍尔效应传感器会触及额定的零部件本钱和更多的拼装时刻，但选用传感器感测的BLDC/PMSM电机可供给优异的扭矩、平稳的滚动和更高功率。永磁同步电机的驱动操控器往往更杂乱，选用FOC需求运用传感器。

　　无传感器办法在无刷直流电机中很遍及，会使电机到达比较诱人的低价格，但要求算法依据定子绕组中感应的反电动势来确认转子方位。无传感器BLDC电机的一个很大应战出现在发动时，因为没有任何运动，就没有反电动势，所以核算转子的方位必须用另一种办法。一般，高频驱动信号被馈送到每个相绕组，经过特定算法相应地核算方位。

　　图4：一个三相BLDC电机简化图，其间运用霍尔效应传感器创立换向进程，并对逆变器操作进行排序。（来历：Qorvo）

　　图4杰出显现了运用霍尔效应传感器（HSW、HSV和HSU）的一个简略三相BLDC电机装备。传感器根本上是数字开关，指示检测到的磁场极性，N等于“1”，S等于“0”。三个传感器的输出组合在一起，给出一个3位数字逻辑“操作码(opcode)”，在它改动时指示转子的方位和方向，这些信息是三相功率晶体管逆变器级供给驱动信号的根底。关于功率相对较低的BLDC运用，传感器接口电机操控器和驱动晶体管一般集成在单个操控器IC中。而高功率电机则一般选用来自操控器IC的栅极驱动输出，并选用配备有散热器的功率MOSFET来完成所需的驱动电流。

　　为了改动电机的速度，可经过脉宽调制（PWM）技能来改动占空比（duty cycle），即脉冲开/关的比率。这种办法可以约束发动电流，因而在电机发动期间选用也可供给很大优势。

　　图5所示为一个低功率无传感器三相BLDC电机驱动器TIDRV10963的功用框图，该IC包含三个功率MOSFET，合适于最高5V/0.5A的BLDC电机，可用于驱动笔记本电脑和高功用处理器上运用的冷却电扇。DRV10963具有短路和过流维护功用，经过多路复用模数转换器ADC）监测每个MOSFET的电流和电压。PWM输入可以用来操控并到达希望的电机速度。“FR”输入答应在发动时改动电机方向，“FG”输出供给电机速度信息。

　　图5：TI DRV10963 5V三相无传感器BLDC电机驱动器功用框图。（来历：TI）

　　Microchip可供给全面的单芯片BLDC电机驱动器和栅极驱动器IC系列，MCP8063便是其间一例，它是一种三相无刷正弦无传感器电机驱动器，专为轿车冷却电扇和多种泵运用而规划。

　　Qorvo PAC5532电源操控器适用于广泛的高速消费产品、工业和轿车中的电机操控等运用，包含电池供电电动工具、电动自行车和轻型混合动力轿车等。PAC5532适用于48～120VDC体系，集成有150MHzArmCortex-M4F 32位内核，具有全面且可装备的电源办理和驱动功用（参见图6）。

　　图6：电池供电电机操控运用中Qorvo PAC5532的简化装备框图。（来历：Qorvo）

　　图7（来历：Qorvo）列出了评价套件的首要组件，包含PAC5532和三相半H桥（half H-bridge）逆变器组件。依据GUI的软件开发工具包可从Qorvo网站下载。

　　另一款电机操控IC是高功用RenesasRA6T2微操控器系列。该IC依据240MHz Arm Cortex-M33微操控器内核，包含一个依据硬件的加快器，用于加快杂乱的电机操控算法和运转安全加密功用。它还集成了一组十分完全的模仿功用，包含一个12位模数转换器（ADC）、一个12位数模转换器DAC）、可编程增益放大器和高速比较器（参见图8）。

　　图8：依据Renesas RA6T2微操控器的电机操控器功用框图。（来历：Renesas）

　　Renesas MCK-RA6T2评价套件可针对无刷电机驱动器规划供给一种便利有用的原型制作办法。该套件包含三个衔接板：逆变器板、微操控器板和通讯板，还包含一个小型无刷直流电机以及一切必需的电缆。MCK-RA6T2的功用架构如图9所示。

　　在本文中，咱们评论了无刷电机怎么运转，评论了它们受商场欢迎的首要原因，并侧重介绍了一些运用事例。上面介绍的抢先半导体解决计划为您供给了一种运用便利，有充沛文档支撑，且值得信任的技能途径，可以帮助您开端首个BLDC/PMSM规划。

　　。这儿只讲运用霍尔方位传感器的，原因是十分简略易懂，而反电动势检测的就杂乱

　　，驱动一根轴（连着一块板子）滚动到某个方位停下，可是这个板子遭到很大的力且不稳定，这样的话，

　　的多种不同技能、传感器计划以及运用的盛行算法。此外，还将介绍一些来自抢先供货商的

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