一、概述
首先先看 BLDC 在百度百科中的描述:
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。无刷直流电机的实质是直流电源输入,采用电子逆变器将直流电转换为交流电,有转子位置反馈的三相交流永磁同步电机。
描述中几个关键性词解释:
- 有刷直流电机的先天性缺陷:有刷电机的结构复杂,可靠性差,故障多,维护工作量大,寿命短,换向火花易产生电磁干扰等。
- 电子换向器:即电子逆变器。直流电通过逆变电路生成三相交流电驱动电机运转。如图1所示。
- 机械换向器:由电刷和换向片构成。如下图所示。
- 电子逆变器:即电子换向器。
值得一提的是,BLDC的换向控制仅仅依靠电子逆变器是无法完成的,还需要配合相位检测模块来实时检测转子的位置。这里有两种方式:一种是通过霍尔传感器,另一种是通过反馈的感生电流。
二、驱动模块组成
如图3所示是无刷直流电机驱动的整个组成。基本结构主要包括:主控制芯片MCU,开关管预驱动模块Pre-Driver,逆变电路模块,电源供应模块DC-DC,位置检测模块。
三、驱动基本原理
无刷直流电机驱动实现的目标很简单,通过逆变电路实现换向器的效果,并通过位置反馈来判断进行换向的时间点即可。图 3 所示的几个 MOSFET 管作为开关来控制电流的走向,电流流进电机线圈,如图 4 所示,驱动转子运动,同时位置反馈提供转子此时所在的位置,在恰当的位置通过改变开关管点位,改变电流走向,再次带动转子运动,实现无刷直流电机的驱动。控制开关管通断的信号为 PWM 波,这里暂不介绍。
实现无刷直流电机的转速控制的目的也很简单,调控输入电压的有效值即可,它是通过调整 PWM 波的占空比来实现的。
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