意法半導(dǎo)體:三相電機(jī)控制解決方案（二）

無刷DC電機(jī)的轉(zhuǎn)子上附有永磁體，而定子上則有外部換向線圈。 電子換向取代了DC電機(jī)內(nèi)電刷的功能，通常根據(jù)感應(yīng)到的轉(zhuǎn)子位置來驅(qū)動(dòng)定子線圈。 無刷DC電機(jī)的主要優(yōu)勢(shì)在于它固有的高效率和高可靠性。 由于設(shè)計(jì)者迫切需要提高系統(tǒng)效率，所以這些電機(jī)變得越來越常見了。 典型配置為1個(gè)由3個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)的三相電機(jī)。 在低功耗應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)器可被集成到智能功率IC內(nèi)。對(duì)于功率更高的應(yīng)用而言，分立式IGBT和高壓柵極驅(qū)動(dòng)器IC可用于半橋。 對(duì)于很多應(yīng)用而言，無傳感器驅(qū)動(dòng)器消除了對(duì)過去使用的霍爾效應(yīng)傳感器的需求。 通常利用低端微控制器實(shí)現(xiàn)六步換向和速度控制。

BLDC標(biāo)量控制驅(qū)動(dòng)器

在標(biāo)量驅(qū)動(dòng)器內(nèi)，一般只控制頻率和施加在電機(jī)上的電壓（并不要求控制電流反饋）。

對(duì)于永磁3Φ電機(jī)（BLDC和PMSM）而言，需要獲取轉(zhuǎn)子速度和/或位置信息方可讓定子和轉(zhuǎn)子磁通位置保持同步。 在不使用物理傳感器（霍爾傳感器、編碼器等）提取轉(zhuǎn)子速度/位置信息的情況下，驅(qū)動(dòng)器就被視為“無傳感器”驅(qū)動(dòng)器。

由于利用這種驅(qū)動(dòng)器很容易實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無傳感器控制，所以六步波驅(qū)動(dòng)器（亦即塊變換）就成了最常見的、面向PMSM和BLDC的標(biāo)量驅(qū)動(dòng)器。并且，在六步波驅(qū)動(dòng)器內(nèi)，可以在電流模式下控制電機(jī)電流值，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)扭矩調(diào)節(jié)。

由于標(biāo)量驅(qū)動(dòng)器無需密集的數(shù)學(xué)計(jì)算，所以能夠利用低成本微控制器（從8位微控制器開始）實(shí)現(xiàn)。

BLDC矢量控制器（FOC）

為使電機(jī)以最佳效率運(yùn)轉(zhuǎn)，定子磁通必須與轉(zhuǎn)子同步運(yùn)轉(zhuǎn)，并且理論上定子與轉(zhuǎn)子磁通之間應(yīng)保持90°相移。 當(dāng)定子繞組集中到窄相帶，每個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組相感應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì)電壓可按梯形波形相當(dāng)精確地建模時(shí)，這種電機(jī)為 BLDC 電機(jī)，即無刷直流電機(jī)。 由于反電動(dòng)勢(shì)波形的特點(diǎn)，BLDC 電機(jī)特別適合采用六步開關(guān)電流波形激勵(lì)生成接近恒定的輸出扭矩。 不過，如果應(yīng)用能夠承受輕微機(jī)械扭矩波動(dòng)，也可以采用正弦波電流驅(qū)動(dòng)。 從這一因素考慮并在其限定的范圍內(nèi)，BLDC 電機(jī)也可以具備磁場(chǎng)定向控制的優(yōu)點(diǎn) （可靠、低噪聲、起動(dòng)和低速扭矩大）。

無刷AC（三相PMSM）電機(jī)

無刷AC電機(jī)，亦即永磁同步電機(jī)（PMSM）或永磁AC電機(jī)（PMAC），其轉(zhuǎn)子上附有永磁體，而定子上則有外部換向線圈。 它們不同于無刷DC電機(jī)，主要是因?yàn)槎ㄗ泳€圈由正弦波驅(qū)動(dòng)。 無刷AC電機(jī)的主要優(yōu)勢(shì)在于它固有的高效率、運(yùn)轉(zhuǎn)順暢和高可靠性。 典型配置為1個(gè)由3個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)的三相電機(jī)。 在低功耗應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)器可被集成到智能功率IC內(nèi)。對(duì)于功率更高的應(yīng)用而言，分立式MOS或IGBT和高壓柵極驅(qū)動(dòng)器IC可用于半橋。 對(duì)于很多應(yīng)用而言，無傳感器磁場(chǎng)定向控制（FOC）驅(qū)動(dòng)器消除了對(duì)過去使用的編碼器的需求。 可以利用低成本32位微控制器輕松實(shí)現(xiàn)正弦波驅(qū)動(dòng)和FOC算法。

PMSM標(biāo)量控制驅(qū)動(dòng)器