電機的應用非常廣泛，遍及信息處理、音響設(shè)備、汽車電氣設(shè)備、國防、航空航天、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等生活各個領(lǐng)域。按照電源種類分為直流電動機和交流電動機，無刷直流電機就屬于直流電動機的一種。

無刷直流電機由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。無刷電機是指無電刷和換向器（或集電環(huán)）的電機，又稱無換向器電機。早在十九紀誕生電機的時候，產(chǎn)生的實用性電機就是無刷形式，即交流鼠籠式異步電動機，這種電動機得到了廣泛的應用。上世紀中葉誕生了晶體管，因而采用晶體管換向電路代替電刷與換向器的直流無刷電機就應運而生了，這種新型無刷電機稱為電子換向式直流電機，它克服了第一代無刷電機的缺陷。

無刷直流電機應用實例：

無刷直流作為一種新型的電機技術(shù)，并非每個在使用電機的廠商均能熟練運用這門新技術(shù)，黃先生所在的企業(yè)最近就遇到了這樣一個問題。他們企業(yè)做電動車成品的開發(fā)與銷售，出于節(jié)能、環(huán)?？紤]，最近他在客戶那里采購了一個電機樣品，是一個直流無刷電機，但需要開發(fā)一個控制器去驅(qū)動這個電機裝備，項目周期很急，需在一個月內(nèi)完成這個模塊開發(fā)。由于缺乏這方面的開發(fā)經(jīng)驗，他選擇了在快包上發(fā)包幫助自己快速完成產(chǎn)品開發(fā)。

據(jù)悉，這個雇主在快包上根據(jù)項目要求，將設(shè)計這個電動車無刷直流電機控制器功能描述了幾大要點：

一、常規(guī)功能:120度無刷直流電機恒轉(zhuǎn)矩控制、超靜音啟動、自動巡航、自動助力；

二、特色功能:換相補償、同步續(xù)流、EABS柔性剎車、剎車反充電、智能速度控制、防盜模式、倒車模式、換相速度最高可達20000轉(zhuǎn)/分；

三、保護功能:飛車保護、過流保護、限流保護、過壓保護、欠壓保護、堵轉(zhuǎn)保護；

四、學習功能:短接學習線上電，電機會緩慢轉(zhuǎn)動，并自動學習相位，斷開學習線自動保存數(shù)據(jù)。重新上電即可正常使用；

五、欠壓保護:電池電壓低于30V以下保護7、限流保護:限制線電流小于17A，開發(fā)周期30天內(nèi)。

他是如何在一個月內(nèi)完成電動車無刷直流電機控制器開發(fā)的

在項目發(fā)布不到一天的時間，雇主看中了深圳本地的一家服務商，這個開發(fā)者擁有豐富的控制器開發(fā)經(jīng)驗，從承接項目到完成花了不到二十天時間，在產(chǎn)品經(jīng)理與服務商的溝通過程中，他詳細的介紹自己是如何在一個月內(nèi)完成電動車直流無刷電機控制器開發(fā)的，給工程師一些技術(shù)上的幫助。

無刷直流電機控制器開發(fā)經(jīng)驗分享

根據(jù)這個雇主要求的幾大常規(guī)功能，他介紹了這個程序設(shè)計注意事項

“要使無刷電機轉(zhuǎn)起來，并且聽從駕駛者的調(diào)速、剎車等基本指揮，最基本的要求就是要實現(xiàn)硬件所能實現(xiàn)的電子換向和調(diào)速，剎車等功能。實際上軟件的整體設(shè)計也和硬件一樣，也是一個模塊化堆砌的過程，問題在于模塊的合理化堆砌，使堆砌后形成的整體能夠堅固，協(xié)調(diào)、高效率運作。我們先說一說各種模塊功能的簡單實現(xiàn)，然后再來討論如何使這些模塊協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)”這個服務商說道。

電機控制器模塊設(shè)計三大要點

一、大電流驅(qū)動電機

電機驅(qū)動是一個大電流驅(qū)動，又是一個電感性負載，控制器在運行時不可避免有干擾引入，因此除了在硬件布局，布線上注意外，軟件上也要做相應的抗干擾措施以避免錯誤的換向動作。考慮到輸入到單片機的換相信號容易受干擾，加上線路上濾波電容的影響，單片機程序在讀取換相信號時應至少連續(xù)讀取3次，以3次信號完全一致時才采用該值作為換相信號的真值，如果其中一次不對，那么干脆就重新再讀3次，這就是一個有抗干擾措施的鑒相過程。取得換相信號后，我們將其與上次讀到的值做對比，如果相同，則表示沒有換相，如果不同，則要跟據(jù)這個值去取得一個相對應的驅(qū)動信號，從而驅(qū)動電子開關(guān)動作。這個過程可以使用逐項比較法、查表法等來實現(xiàn)。

市面上有兩種電機，即所謂的120°和60°霍爾信號，這個角度代表三個霍爾器件輸出的三相電信號其相位角相差的角度，其實這里面的區(qū)別僅僅是電平的不一樣，在馬達內(nèi)部的安裝上，位置沒什么不同，只是中間一相的相位相反，所以仍然是六種信號對應六種驅(qū)動，軟件上將表稍作調(diào)整即可。需要提一下的是，在120°的霍爾信號中，不可能出現(xiàn)二進制0B000和0B111的編碼，所以在一定程度上避免了因霍爾零件故障而導致的誤操作。因為霍爾元件是開路輸出，高電平依靠電路上的上拉電阻提供，一旦霍爾零件斷電，霍爾信號輸出就是0B111。一旦霍爾零件短路，霍爾信號輸出就是0B000，而60°的霍爾信號在正常工作時這兩種信號均會出現(xiàn)，所以一定程度上影響了軟件判斷故障的準確率。目前市面馬達已經(jīng)逐漸舍棄60°相位的霍爾排列。

二、限流驅(qū)動模塊

這是整個控制器的靈魂，如果限流驅(qū)動沒做好，其他功能再好還是一個字：燒!。電動車控制器的電子開關(guān)均使用功率MOSFET控制，MOSFET的最大允許電流，最大允許功耗都有其限制，如果沒有電流控制，或者電流控制不好，均會導致功率MOSFET的燒毀，從而導致整個控制器報廢，因此電流控制是本程序的重中之重，這個做不好，其它功能一概免談。說起來嚴重，其實做起來，摸到竅門也是很簡單的，其秘訣也只有四個字：準確，及時。

電流信號經(jīng)康銅絲采樣之后分兩路，一路送至放大器，一路送至比較器。具體電路見硬件部分。放大器用來實時放大電流信號，放大倍數(shù)大約6.5倍，放大后的信號提供給單片機進行AD采樣轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換所得數(shù)字用來控制電流不超過我們所允許的值。另一路信號送至比較器，當電流突然由于某種原因大大超過允許值，比如一只MOSFET擊穿或誤導通時，比較器翻轉(zhuǎn)送出低電平，觸發(fā)單片機的INT0外部中斷，使單片機能夠快速關(guān)斷驅(qū)動，從而保護MOSFET避免更大傷害。

三、剎車斷電模塊

電動車在剎車手柄附近裝了一個微動開關(guān)，一方面在剎車時點亮剎車燈，一方面給控制器提供一個剎車高或低電平信號，各廠家不一定，在電路上作一些電平轉(zhuǎn)換很容易就可以提供給單片機一個準確的信號，我們可以采用數(shù)字測量的方法測量這個電平是高還是低，也可以使用AD去測量有幾伏，總之監(jiān)測到這個信號后必須關(guān)閉所有的驅(qū)動輸出和PWM輸出，這樣就可以實現(xiàn)剎車斷電。

快包總結(jié)：這個項目已經(jīng)在快包結(jié)案，通過這些經(jīng)驗的分享，作為同行業(yè)的工程師是否受益匪淺呢，在以后接到類似項目的時候，可以參考這個案例進行設(shè)計開發(fā)。