無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）與其他類別的電機(jī)（如有刷電機(jī)）相比具有一些顯著的優(yōu)勢(shì)。具體表現(xiàn)為：在任何負(fù)載條件下BLDC都能準(zhǔn)確調(diào)節(jié)其性能，同時(shí)具有更高的效率和更低的響應(yīng)時(shí)間，且?guī)缀鯚o(wú)需維護(hù)。這些特性使得BLDC廣泛應(yīng)用于從極小的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（如計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器）到電動(dòng)汽車（EV），以及機(jī)器人和工業(yè)自動(dòng)化中使用的大機(jī)械臂等各種應(yīng)用中。下面快包分析師以BLDC為例介紹相關(guān)的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方案及應(yīng)用案例。

對(duì)于BLDC電機(jī)的控制方案，工程師通常會(huì)采用以下三種不同的電流切換技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)：

• 一是梯形控制。這是非常簡(jiǎn)單的電機(jī)控制技術(shù)，主要缺點(diǎn)是階躍換向會(huì)導(dǎo)致扭矩振蕩，尤其是在低速時(shí)會(huì)出現(xiàn)令人討厭的電機(jī)振動(dòng)。

• 二是正弦控制。這種技術(shù)提供了更平滑的相位之間的電流切換，并減少了扭矩波動(dòng)，尤其是電機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了更平穩(wěn)的功率傳輸。當(dāng)然，達(dá)到這一結(jié)果是以更大的方案復(fù)雜性為代價(jià)。

• 三是磁場(chǎng)定向控制（FOC）。這項(xiàng)技術(shù)基于定子電流的測(cè)量和調(diào)節(jié)，確保轉(zhuǎn)子和定子磁通之間的角度始終為90?。與正弦方法相比，該技術(shù)在高速運(yùn)行下更有效，并提供了適應(yīng)動(dòng)態(tài)負(fù)載動(dòng)態(tài)變化的能力。

經(jīng)典的無(wú)刷直流控制器使用半橋拓?fù)?，與全H橋解決方案相比，它只使用兩個(gè)開(kāi)關(guān)：一個(gè)晶體管在高邊，一個(gè)在低邊。由于三相無(wú)刷直流電機(jī)比單相或兩相性能更好、效率更高，已用于大多數(shù)機(jī)器人和工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用，因此典型的控制器方案通常都包括三個(gè)半橋。通過(guò)依次打開(kāi)和關(guān)閉高邊和低邊晶體管，電流可以流過(guò)定子繞組使其旋轉(zhuǎn)。高邊開(kāi)關(guān)通常使用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)進(jìn)行控制，該技術(shù)將直流輸入電壓轉(zhuǎn)換為調(diào)制的驅(qū)動(dòng)電壓。PWM的使用可以實(shí)現(xiàn)更高效的管理，并確保對(duì)速度和扭矩的更精確控制。

BLDC也被稱為電子換向電機(jī)，磁場(chǎng)定向控制（FOC）是目前廣受歡迎的無(wú)刷電機(jī)控制技術(shù)之一。小華半導(dǎo)體提供從緊湊型多軸運(yùn)動(dòng)控制到智能家電應(yīng)用的解決方案，有廣泛的產(chǎn)品組合支持開(kāi)發(fā)BLDC控制應(yīng)用。

1.高速電機(jī)方案

方案可選用HC32M140、HC32M120、HC32F460作為主控，采用無(wú)感FOC控制系統(tǒng)，支持單電阻、雙電阻采樣，可工作在恒轉(zhuǎn)速、恒功率、恒扭矩等模式下。系統(tǒng)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)12萬(wàn)轉(zhuǎn)（當(dāng)使用HC32F460時(shí)更可高達(dá)15萬(wàn)轉(zhuǎn)），適用于高速吹風(fēng)機(jī)、高速吸塵器等產(chǎn)品。

方案特點(diǎn)

快速啟動(dòng)：?jiǎn)?dòng)穩(wěn)定可靠，可在500ms內(nèi)加速至額定轉(zhuǎn)速

快速停機(jī)：采用主動(dòng)剎車，無(wú)過(guò)壓、過(guò)流風(fēng)險(xiǎn)，支持掉電剎車

高速控制：最高電轉(zhuǎn)速可達(dá)2000+Hz

工作電壓范圍大：適用220VAC、110VAC、24VDC供電

豐富的保護(hù)功能：過(guò)欠壓、過(guò)流、過(guò)功率、堵轉(zhuǎn)、缺相等系統(tǒng)保護(hù)

應(yīng)用場(chǎng)景：

吹風(fēng)機(jī)、掃地機(jī)、吸塵器、冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等大小家電領(lǐng)域。

2.電動(dòng)工具方案

方案以HC32M140為主控芯片，基于無(wú)傳感器六步換相控制算法，實(shí)現(xiàn)BLDC電機(jī)大扭矩啟動(dòng)和高速運(yùn)行，保護(hù)功能齊全，適用于電鉆、角磨機(jī)、沖擊鉆、電動(dòng)扳手、電錘等低壓中小功率電動(dòng)工具應(yīng)用場(chǎng)景。

方案特點(diǎn)

48MHz主頻、8KB RAM/128KB Flash內(nèi)存資源、2個(gè)獨(dú)立OPA、高速ADC、電機(jī)專用TIMER

基礎(chǔ)功能：反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)算法（支持ADC和比較器）、電流/電壓采樣

復(fù)雜工況：靜止堵轉(zhuǎn)啟動(dòng)、低速大扭矩運(yùn)行、順逆風(fēng)啟動(dòng)、剎車功能

系統(tǒng)保護(hù)：過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓/欠壓保護(hù)、長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)保護(hù)

支持多種轉(zhuǎn)速設(shè)定信號(hào)（PWM、ADC等）

3.高速吹風(fēng)筒方案

方案簡(jiǎn)介：

高速吹風(fēng)筒方案采用小華超低功耗HC32M120主控MCU，內(nèi)置先進(jìn)的無(wú)位置傳感器FOC控制策略，實(shí)現(xiàn)連續(xù)平穩(wěn)的風(fēng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，具備順風(fēng)、逆風(fēng)、靜止?fàn)顟B(tài)下無(wú)抖動(dòng)即時(shí)啟動(dòng)功能，30cm距離測(cè)量運(yùn)行噪音75db以下，為行業(yè)中上水平;啟動(dòng)穩(wěn)定性好，一次啟動(dòng)成功率可達(dá)99.7%以上；運(yùn)行效率高，220V機(jī)種，10.5萬(wàn)RPM最高風(fēng)速檔位運(yùn)行，PCBA級(jí)實(shí)測(cè)輸入功率92W，優(yōu)于市場(chǎng)主流方案。

方案特點(diǎn)：

快速啟動(dòng)：?jiǎn)?dòng)穩(wěn)定可靠，可在500ms內(nèi)加速至額定轉(zhuǎn)速

快速停機(jī)：采用主動(dòng)剎車，無(wú)過(guò)壓、過(guò)流風(fēng)險(xiǎn)，支持掉電剎車

高速控制：最高電轉(zhuǎn)速可達(dá)2000+Hz

工作電壓范圍大：適用220VAC、110VAC、24VDC供電

豐富的保護(hù)功能：過(guò)欠壓、過(guò)流、過(guò)功率、堵轉(zhuǎn)、缺相等系統(tǒng)保護(hù)

芯片資料：

方案采用小華HC32M120主控MCU，M0+ 內(nèi)核，32bit, 48MHz可確保FOC算法運(yùn)行，芯片內(nèi)部集成了電機(jī)控制功能：最大12通道的12bit 1MSPS ADC，8個(gè)多功能16bit Timer(TimerB)支持輸入捕捉、輸出比較、PWM輸出，1個(gè)16bit Timer(Timer0)支持異步計(jì)數(shù)以及電機(jī)算法加速引擎等功能，具備轉(zhuǎn)速精度控制高，電機(jī)震動(dòng)噪聲小等優(yōu)勢(shì)。

應(yīng)用場(chǎng)景：

吹風(fēng)機(jī)、掃地機(jī)、吸塵器、冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等大小家電領(lǐng)域。