常用直流电机的种类及控制方案

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上期回顾：原来CCM和DCM区别这么大！你选对了吗？

本期内容

工程师朋友们，欢迎来到MPS电源小课堂。电机作为日常生活中离不开的动力源，在新能源汽车、生活电器、工业医疗设备各种场景中使用，想必大家一定不陌生，但是大家知道常用的电机分类吗？更进一步，大家知道如何通过控制使得不同的电机转起来吗？

本期电源小课堂将带大家了解常用的电机分类及其控制方法。

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电机是依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，主要作用是用来产生驱动转矩，作为最常见的动力源，可以说电机的使用在我们生活中无处不在（空调 洗衣机 电动汽车 风扇）。直流电机按照结构及工作原理，可以分为直流有刷电机和直流无刷电机以及步进电机。步进电机的特点和控制方式请大家移步到上期关于步进电机的介绍。

而有刷和无刷电机的区别主要是换相方式的，有刷电机依靠电刷和换向器进行换相实现电能到机械能的转换，在性能上比较稳定，缺点是换向器和电刷接触磨损寿命较短且噪声较大，需要定期维护及更新。相比之下，直流无刷电机由电机主体和驱动器组成的机电一体化产品，通过电子换向器进行换相，无论是电机使用寿命、还是性能效率方面，都比有刷电机更加出色。

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《步进电机、有刷电机和无刷电机：用途及其优缺点》

直流无刷电机

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《电机驱动与位置传感器》

直流有刷电机

知道了基本的BDC和BLDC的区别，下面我们一起看看直流有刷电机是如何转起来的呢？

看这张BDC运转示意图，有刷电机电机工作时，带线圈的转子和换向器旋转，定子磁钢和电刷不转，就是磁极不动，线圈旋转，转子线圈电流方向的交替变化是由换相器和电刷来完成的。

由BDC的工作原理可知，它的调速控制也较为简单，调整BDC供电电源电压的高低（额定电压12V 额定转速，8V转慢），调整后的电压电流改变电极产生的磁场强弱，达到调速要求。

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《步进电机、有刷电机和无刷电机：用途及其优缺点》

BDC运转示意图

常见的BDC驱动控制电路采用H桥实现，H桥能够实现电机的正反转控制，以电流由Out1流入，Out2流出为正（顺时针旋转），当Q1Q4开通时，电机正转（顺时针旋转）。

Q2Q3导通时，电流由Out2流入，Out1流出，为电机反转（逆时针旋转），一般通过PWM控制H桥4个MOS管的通断，调整BDC的电压大小实现调速和正反转控制。

Q1Q4导通，电流由Out1流入，Out2流出，电机正转

Q3Q2导通，电流由Out2流入，Out1流出，电机反转

BLDC，字面上看，最大的特点就是“无刷”——就完美避开了BDC的的几个缺点， BLDC寿命长，静音运转，损耗低效率高，体积小，稳定性也好，妥妥的电机界明星，它的控制和工作方式也是今天我们介绍的重点！

我们来看BLDC的运转示意图，和BDC定子磁铁，转子线圈相反，BLDC电机的转子是永磁体，定子是线圈。

我们给定子线圈通电，这时通电线圈就是一个电磁铁，只要给定子线圈通入适当方向的电流，让电磁铁的磁极方向和转子永磁体的磁极方向对应，就能吸引或排斥转子，使转子旋转。

简单来说，就是通过控制定子线圈的电流方向和大小来控制转子的旋转。

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《电机驱动与位置传感器》

直流无刷电机运转示意图

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《步进电机、有刷电机和无刷电机：用途及其优缺点》

直流有刷电机运转示意图

我们所看到的BLDC控制系统，是由6个MOSFET组成驱动电路以及相应的控制电路组成。

方波控制、或者正弦波（PMSM）方式控制或者FOC都是常见的控制算法。

那么问题来了，我们是如何实现定子电流的变化呢？

最简单的BLDC控制就是采用两相导通方式，在每个控制周期下，只有两相定子绕组线圈处于导通状态，第三相悬空，转子位置每变化60°电角度进行一次换相控制，根据转子位置的不同，按照AB-AC-BC-BA-CA-CB这6个节拍，每个MOS管按照Q1Q4—Q1Q6--Q3Q6—Q3Q2—Q5Q2—Q5Q4的顺序导通，驱动定子绕组，就能实现转子转动，这就是最经典的六步法控制。

① Q1Q4导通，AB相导通，C相悬空

② Q1Q6导通，AC相导通，B相悬空

③Q3Q6导通，BC相导通，A相悬空

④Q3Q2导通，BA相导通，C相悬空

⑤Q5Q2导通，CA相导通，B相悬空

⑥Q5Q4导通，CB相导通，A相悬空

到这步，我们已经知道了控制转子旋转的六步法，相信大家已经发现了盲点——我们怎么知道在哪个时刻该驱动哪个绕组呢？

答案就是：根据转子位置！

如何检测转子的当前位置呢？常见的思路就是采用位置传感器，比如霍尔传感器、磁编码器、光编码器等。

   

关于BLDC的无位置传感器控制方式，我们将在后面为大家详细讲解，欢迎大家持续关注MPS电源小课堂和MPS微信公众号，学习更多干货知识。