無刷電機的基本組成單元

通過上期學(xué)習(xí)，大家已經(jīng)熟悉了無刷電機的基本驅(qū)動原理以及無刷電機運行狀態(tài)的各種細節(jié)，在今天的芝識課堂中跟無刷電機來一次更近距離的接觸吧！我們將解構(gòu)無刷電機，滿足大家的好奇！

圖1展示了一個典型的無刷電機基本系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中包含了四個功能單元，分別是微控制器（MCU）單元、逆變器電路、電機和位置檢測，這四個單元詮釋了一個基本無刷電機系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)流程（參考箭頭方向）。

圖1 無刷電機基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在圖1的無刷電機工作流程中，首先是從MCU輸出PWM信號作為驅(qū)動電機的電壓控制邏輯到逆變器，經(jīng)由逆變器芯片以特定的頻率和電壓驅(qū)動無刷電機（驅(qū)動電路是包括逆變器電路在內(nèi)的所有外圍電路的統(tǒng)稱）。驅(qū)動電路輸出的信號傳遞到電機后即開始整個電機的工作，在電機工作開啟后，霍爾傳感器用來檢測電機轉(zhuǎn)子的位置信息，在無傳感器電機中轉(zhuǎn)子的位置則由感應(yīng)電壓檢測，檢測到的轉(zhuǎn)子位置信息將傳送回MCU單元，在MCU單元的控制電路中，最簡單的驅(qū)動方法是方波驅(qū)動。而相較于方波，正弦波驅(qū)動方法的效率更高。

另外我們還需要關(guān)注幾個關(guān)鍵信息

在無刷電機的工作流程中，PWM（脈沖寬度調(diào)制）用于控制電機線圈內(nèi)的電力，通過反復(fù)打開和關(guān)閉輸出來控制輸出功率。恒定電壓下，以恒定的脈沖周期運行電機，電機線圈中產(chǎn)生的電壓取決于電壓脈沖的寬度。它利用了半導(dǎo)體的特性，即開關(guān)狀態(tài)的損耗最小，而中間狀態(tài)的損耗最大。由于PWM控制具有優(yōu)異的可控性和較高的效率，在逆變電路中得到了廣泛的應(yīng)用。此外，它還可以用于控制直流有刷電機。在逆變電路中，通過周期性地改變PWM控制的打開狀態(tài)（占空比），可以產(chǎn)生最適合驅(qū)動電機的正弦波交流電壓。

逆變器是進行功率轉(zhuǎn)換的裝置，我們把負責(zé)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的設(shè)備稱為DC-AC逆變器。通常，通過組合AC-DC轉(zhuǎn)換器和DC-AC逆變器來轉(zhuǎn)換指定頻率和電壓的電路稱為逆變電路（逆變器）。電機系統(tǒng)中的逆變器單元通過高效的驅(qū)動和平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)寬范圍的轉(zhuǎn)速，由于輸出電壓和輸出頻率可以任意控制，所以被廣泛用于控制交流電機和無刷電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)了低功耗、高效率的驅(qū)動。

驅(qū)動IC是一種驅(qū)動電機的逆變電路，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。例如，一臺3相小電機有6個功率元件和6個二極管。功率元件有晶體管、FET、IGBT等。由于實際驅(qū)動電機的是大電壓、大電流，所以需要一個驅(qū)動電路將控制電路的PWM輸出轉(zhuǎn)換為高電壓、大電流。由于驅(qū)動電機的FET和IGBT等功率元件需要12V左右的大驅(qū)動電流來驅(qū)動，因此需要一個預(yù)驅(qū)電路。低電壓的小功率電機可以在沒有預(yù)驅(qū)電路的情況下驅(qū)動。

圖2 驅(qū)動IC的實際示意

今天的芝識課堂中，我們跟大家一起熟悉了無刷電機的基本組成單元，以及PWM和逆變器單元在電機工作流程中的作用。下一期的芝識課堂，我們將帶大家繼續(xù)了解無刷電機的轉(zhuǎn)子位置檢測、方波驅(qū)動和正弦波驅(qū)動的詳細知識，敬請期待！

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