【導讀】三相永磁無刷直流（以下簡稱“BLDC”）電機控制需要一個電子換向電路，而傳統的有刷直流電機是采用機械自換向的方式。與有刷直流電機不同，BLDC電機沒有電刷，無需定期維護或更換，因而不易受到磨損。我們將簡要介紹 BLDC 電機的結構和控制，然后介紹三種換向方法：
● 梯形換向
● 磁場定向控制
● 直接扭矩和磁通控制
最后，我們會介紹一種創新的BLDC換向方法，可以以單個電機控制集成電路(IC)實施三種換向方法中的任何一種。
BLDC結構
BLDC電機是一種旋轉式的電機，定子上有三相電樞繞組，轉子上有永磁體，與有刷直流電機的定子包含永磁體相反。BLDC轉子上的永磁體提供了一個恒定的磁場，使其成為一個高效率、高扭矩、低轉動慣量的電機。三相BLDC電機控制設計，可以采用分立元件或集成的功率模塊專用控制IC實現。集成的解決方案可以通過減少PCB面積和制造步驟來降低整體系統成本，提高可靠性，最少化物料單(BOM)元件，降低庫存成本，并促進新逆變器設計方案快速重用迭代。
BLDC控制
一個含三相全橋的功率級和一個控制器構成一個典型的三相BLDC電機驅動器。它們提供基于三個霍爾效應傳感器的三相脈寬調制（PWM）信號--或者一個編碼器，為有傳感器工作提供位置反饋，或為無傳感器工作提供反電動勢信號感測。BLDC電機的定子繞組產生梯形反電動勢波形。
電子換向控制電路使用六步梯形和磁場定向控制 （FOC）（也稱為矢量控制的換向方法）確定 BLDC 電機的位置和速度。霍爾效應傳感器和反電動勢傳感都提供了一種經濟高效的轉子位置感測方法。
圖1 BLDC體現霍爾傳感器位置
(https://www.onsemi.cn/pub/collateral/tnd6041-d.pdf)
梯形換向
6步梯形換向法因其控制算法簡單，很受歡迎，這種方法在每個電機相上使用兩個功率開關器件，遵循預先確定的序列。三個霍爾效應傳感器提供轉子位置信息，對控制電機速度非常有效。六個步驟的開關序列被確定為在電機旋轉時實施兩個連續的電機相位（間隔60°）。
圖2 6步梯形控制波形
(https://www.onsemi.cn/pub/collateral/tnd6041-d.pdf)
磁場定向控制
更適合高端應用的有傳感器或無傳感器FOC，是一種更復雜的換向方法，具有更高的處理要求。基于電機電流反饋計算出的電壓和電流矢量對電機換向，實現速度和扭矩的精確動態控制，從而在寬工作范圍內保持高效率。
直接扭矩和磁通量控制
DTFC是安森美(onsemi)和Theta Power Solutions, Intl (TPSI)共同合作開發的一種新穎獨特的、更高效的無傳感器BLDC電機換向方法。該方法使低速重載運行的BLDC電機的磁通弱化，以提高高速能力并具有最小的扭矩紋波，非常適合制動算法，以對高慣性負載提供受控減速。
3合1的控制選擇
安森美的ecoSpin?系列可配置電機控制器可選用三種BLDC控制方法中的任何一種。ECS640A是個系統級封裝（SiP）方案，集成了一個Arm? Cortex?-M0+微控制器、三個檢測放大器、一個參考放大器、三個自舉二極管和一個為高速運行而設計的高壓柵極驅動器。它驅動工作電壓高達600V的MOSFET和IGBT（FAN73896），并有六個柵極驅動器輸出，可向外部功率器件提供350mA/650mA（典型值）的柵極灌電流/拉電流，還集成霍爾傳感器，支持有傳感器或無傳感器工作。小尺寸和靈活的集成度使該器件非常適合與分立功率器件一起使用，以最大化擴展性。
電機控制系統設計人員會喜歡這種集成的解決方案，它使系統易于快速設置，不會因旋轉電機的細節疏漏而出錯，易于使用的圖形用戶界面簡化了代碼開發，加快產品面市。
靈活度和集成度
BLDC電機越來越受歡迎，要充分發揮其優勢，需要采用最合適的換向方法。選擇BLDC電機控制器IC，提供最多換向選擇和高集成度的IC是有意義的。安森美的ECS640A電機控制器提供了這種靈活度，支持有傳感器和無傳感器應用，包括白家電、制冷壓縮機和鼓風機、瓶裝冷卻器、暖通空調鼓風機和冷凝器、泳池泵、工業驅動和泵以及機器人。
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