前人種樹、后人乘涼，既然受惠于前人，怎好意思獨(dú)享，當(dāng)然也應(yīng)該幫助一下新入門的開發(fā)者。由于BLDC開發(fā)按案例已經(jīng)很多了，光搜一下無刷電機(jī)和電調(diào)都能看到各種各樣的資料，次序和深淺程度不一，想要看完并完全理解這些資料對(duì)新人來說是一個(gè)艱巨的任務(wù)。寫這篇文檔的目的，在于做一個(gè)整理和匯總，把很多零散的、不完整的驅(qū)動(dòng)過程分門別類整理出來，并添加一些自己制作電調(diào)時(shí)的經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)。

一、無刷直流電機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

對(duì)于入門開發(fā)者來說，如下圖所示，只需要記牢三個(gè)基本定則：左手定則，右手定則，右手螺旋定則。

  二、內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)的工作原理

磁回路分析法，在MicroChip、Freescale和Atmel三家公司的文檔中，都不約而同地采用了這種方法來說明無刷電機(jī)的工作原理，其原理說明見圖 1-4：

在圖 1-4 中，當(dāng)兩頭的線圈通上電流時(shí)，根據(jù)右手螺旋定則，會(huì)產(chǎn)生方向指向右的外加磁感應(yīng)強(qiáng)度 B（如粗箭頭方向所示），而中間的轉(zhuǎn)子會(huì)盡量使自己內(nèi)部的磁力線方向與外磁力線方向保持一致，以形成一個(gè)最短閉合磁力線回路，這樣內(nèi)轉(zhuǎn)子就會(huì)按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了。
順便提一句，有人曾經(jīng)提到說不太理解這句話的含義：“當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向與外部磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，轉(zhuǎn)子所受的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩最大”。注意這里說的是“力矩”最大，而不是“力”最大。誠(chéng)然，在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與外部磁場(chǎng)方向一致時(shí)，轉(zhuǎn)子所受磁力最大，但此時(shí)轉(zhuǎn)子呈水平狀態(tài)，力臂為 0，當(dāng)然也就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)了。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到水平位置時(shí)，雖然不再受到轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的作用，但由于慣性原因，還會(huì)繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)若改變兩頭螺線管的電流方向，如下圖所示，轉(zhuǎn)子就會(huì)繼續(xù)順時(shí)針向前轉(zhuǎn)動(dòng)，見圖 1-5 所示：

如此不斷改變兩頭螺線管的電流方向，內(nèi)轉(zhuǎn)子就會(huì)不停轉(zhuǎn)起來了。改變電流方向的這一動(dòng)作，就叫做換相（commutation）。這里需要注意的是：何時(shí)換相只與轉(zhuǎn)子的位置有關(guān)，而與轉(zhuǎn)速無關(guān)。

三、三相六臂全橋全橋驅(qū)動(dòng)電路原理

為了清楚地說明問題，我們先將原圖作一些簡(jiǎn)化：

如上圖所示，Q1 到 Q6 為功率場(chǎng)效應(yīng)管，當(dāng)需要 AB 相導(dǎo)通時(shí)，只需要打開 Q1, Q4 管，而使其他管保持截止。此時(shí)，電流的流經(jīng)途徑為：正極→Q1→線圈 A→繞組B→Q4→負(fù)極。這樣，六種相位導(dǎo)通模式：AB, AC, BC, BA, CA, CB分別對(duì)應(yīng)的場(chǎng)效應(yīng)管打開順序?yàn)镼1Q4, Q2Q2,Q3Q2, Q3Q6, Q5Q6, Q5Q4。

每個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管旁邊還并聯(lián)著一個(gè)二極管；圖2-2采用的是H_PWM--L_ON方式來驅(qū)動(dòng)的，也就是上臂采用PWM信號(hào)控制，而下臂 常開的一種驅(qū)動(dòng)方式。比如在AB相導(dǎo)通時(shí)，單片機(jī)給Q1的柵極是PWM信號(hào)，而給 Q4 的柵極是常開信號(hào)，這樣你就可以通過控制 Q1 輸入端的 PWM 信號(hào)占空比來控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的有效電壓。此時(shí)A端和B端的電壓波形如圖 2-3 的圓圈中所示；現(xiàn)在問題來了，A相的電壓是可以突變的，但是由于電感的作用，流經(jīng)AB線圈的電流是不能突變的。線圈由于自身電感的作用產(chǎn)生極高的瞬時(shí)反電動(dòng)勢(shì)；而擊穿元器件。所以這時(shí)候二極管的作用就來是在PWM信號(hào)的低電平期間，電流是按照?qǐng)D2-4所示的箭頭路徑續(xù)流的。由于負(fù)極端電位強(qiáng)制為零，二極管有一個(gè)正向壓降，A點(diǎn)的電壓就可以在瞬間降到比零略小的值，與圖2-3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。

六步法對(duì)應(yīng)的定子線圈和轉(zhuǎn)子磁極示意圖：AC->AB->CB->CA->BA->BC。

對(duì)應(yīng)的電路控制示意圖：

四、反電勢(shì)過零檢測(cè)電路

這里采用的是三通道的運(yùn)算放大器處替代霍爾作換相檢測(cè)：

各個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)的波形：

五、驅(qū)動(dòng)方式

電機(jī)正常啟動(dòng)一般分為兩個(gè)步驟拖動(dòng)和驅(qū)動(dòng)；拖動(dòng)指的是啟動(dòng)前不知道轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)中的位置，直接按照6步驟通電帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來；驅(qū)動(dòng)指的是電機(jī)轉(zhuǎn)起來后檢測(cè)過零點(diǎn)反電動(dòng)勢(shì)啟動(dòng)電機(jī)；
拖動(dòng)6步順序與驅(qū)動(dòng)6部順序一致如下表：U（A）、V(B)、W(C)相開關(guān)順序以及對(duì)應(yīng)的換向信號(hào)；
正轉(zhuǎn)步驟：

每個(gè)換相信號(hào)UVW波形：

U（A）、V(B)、W(C)相開關(guān)順序以及對(duì)應(yīng)的換向信號(hào)：（反向旋轉(zhuǎn)）

下面是以英銳恩EN8F1812單片機(jī)開發(fā)的例程，程序如下：

每次換臂的時(shí)間與PWM占空比設(shè)置如下：

驅(qū)動(dòng)例程

下圖是用EN8F1812開發(fā)的驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)板子：

項(xiàng)目需要MCU資源及腳位分配：

下面是實(shí)測(cè)波形圖，粉色：U相；青色：    V相；黃色：W相；藍(lán)色：U相上臂。
占空比：24.5%，轉(zhuǎn)速：8160

占空比：80.0%，轉(zhuǎn)速：27480

占空比：55.0%，轉(zhuǎn)速：19080

U、V、W相感應(yīng)電壓和中心電壓：

外力轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)時(shí)的各相感應(yīng)電壓的波形：

反轉(zhuǎn)狀態(tài)下，調(diào)速開關(guān)電壓5.0V，（3.2V）下，3相的波形：

以上就是英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師分享的“直流無刷電機(jī)無感驅(qū)動(dòng)解決方案”。英銳恩專注單片機(jī)應(yīng)用方案設(shè)計(jì)與開發(fā)，提供8位單片機(jī)、16位單片機(jī)、32位單片機(jī)。