直流無刷電機(BLDC)方波驅動

2020-12-05 大大通

本文主要介紹BLDC電機方波驅動方式，它是根據轉子的位置給對應的繞組通電，在每一個時刻只給定子繞組中的兩相通電，這樣每相繞組導通120電角度。在一個電角度（360度）周期可實現六種不同的激勵組合，故而被稱為方波驅動或六步換相控制。下圖是無刷直流電機三相橋驅動示意圖：

圖 1 無刷直流電機功率部分和拓撲圖

六步換相驅動是一種三相Y型連接BLDC電機的常用方法。在六步換相中，BLDC電機採用兩相工作模式，任意時刻只有兩相導通，另一相斷開。究竟選擇哪兩相繞組導通是由轉子的位置決定，轉子位置的感測可由位置傳感器或位置觀測器獲得即有傳感器方波驅動和無傳感器方波驅動。

（1）基於霍爾傳感器（120度分布）控制的六步換相原理

紅色繞組：A相 綠色繞組：B相 藍色繞組：C

Hall A、Hall B、Hall C是三個霍爾傳感器，安裝在電機不同的位置，用來檢測相對於三個繞組（A/B/C）的轉子位置。在電機運轉過程中，當正向的磁感線穿過霍爾傳感器，傳感器輸出「1」，反之，輸出「0」。由於3個霍爾傳感器均勻安裝在360度電角度，當電機運轉一個電氣周期（360）時，每個霍爾傳感器的電平會發生兩次翻轉，總共發生6次電平翻轉，由於傳感器是均勻分布的，所以每次翻轉剛好相差60度電角度，這正是電機兩次換相相差的電角度。通過不斷讀取霍爾傳感器不同的電平翻轉時刻，然後給相應的繞組通電，電機就可以平穩的運轉起來。

下表是聯誼電機45ZWN24-90順時針方向換向表

（2）無傳感器控制的六步換相原理

紅色：A相BEMF 綠色：B相 BEMF 藍色：C相 BEMF

如上圖所示在每一個區間（60度電氣角度）內對未通電相繞組上的反電動勢電壓進行檢測。當反電動勢電壓經過「中點」或「過零點」時，即檢測到過零點發生。控制算法可知轉子此時位於60度電氣角度區間的中點且距離下一次換相還有30度電氣角度。定時器記錄每個區間（60度電氣角度）的時間為T60。當檢測到過零點時，定時器將裝載一個數值為T60的一半的設定值。定時器發生超時，將產生中斷並實現下一次換相。此種控制方法稱為BLDC電機的無傳感器控制。對於BLDC電機的無位置傳感器控制， 有多種方法來檢測轉子的位置。例如，BEMF檢測法、磁通檢測法、各種系統信號觀測器法、信號注入法等。目前使用的比較多的是BEMF法即通過檢測斷開相的反電動勢過零點來實現換相，其他的無位置傳感器控制方法會在後續的章節中討論。下表展示了直流無刷電機三相橋驅動（如圖1），每個電氣周期（360度）裡六步換相所對應的開關狀態和電流方向與轉子位置的關係

以上就是無刷直流電機方波驅動的原理

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