三相无刷直流电机的驱动控制原理

 1．三相驱动桥

下图为无刷电机的三相全桥驱动电路，使用六个 N 沟道的 MOSFET 管（Q1~Q6）做功率输出元件，工作时输出电流可达数十安。为便于描述，该电路有以下默认约定：Q1 Q3 Q5称做驱动桥的"上臂",Q2 Q4 Q6称做"下臂"。

图中R14-R25构成MOSFET栅极驱动电路，其中上管需连接到二极管和电容组成的自举升压倍压整流电路（原理请自行分析），为上臂驱动管提供两倍于电源电压（2Vcc）的上拉电平，使上臂 MOSFET 在工作时有足够高的VGS压差，降低 MOSFET大电流输出时的导通内阻， 注意所选用的MCU控制芯片为推挽输出特性，并确保有一定的死区时间，避免上下6个MOSFET同时导通。

驱动桥全部选用 N 沟道 MOSFET 的好处：

大电流 N 沟道 MOS 可供选择的型号众多，货源充足便于购买，使用的 MOSFET 类型减少，间接降低采购元件的难度。C12 C13是整个电路的电源滤波电容，使用中一定要接上，否则无刷电机的反电动势叠加在电源上不能被滤除，由倍压电路整流后的电压高达30V左右，己接近 MOSFET 的 VGS 上限，可能会导致MOSFET击穿。

2．反电动势波形

上图所示为无刷电机运转中的理想反电动势波形，黑点O标出来的是反电动势的过零点。两个虚线间是60度电气角度，不要理解成电机的机械角度。常用航模电机属于无刷三相六拍电机，每个电周期有六个状态。星形接法中（ Y 形）在每一时刻电机的通电线圈只有两相，另一相线圈悬空，悬空的线圈会产生反电动势，反电动势来源于电机，磁体旋转而造成本线圈切割磁力线和另两相线圈通电时的互感。由于电机转动的瞬时角速度呈梯形波动，产生的反电动势也相应的呈梯形变化。但这些不是重要的，我们需要的只是准确的检测出过零点，为换相做准备。看上图中的第一个电周期过零点数目，三个线圈在时间轴上共出现6次过零点，和电周期的节拍数目相同。我们所要做的是，只要检测到过零点，就需要给电机换相了。

3．过零检测电路

常用比较器检测过零点的基本电路，电机的相线（ U / V / W ）接比较器的同相输入端，比较器的负端接相线的虚拟地电位。UVW相线上产生的反电动势电压以虚拟地为参考点，做正负周期性的变化。在每次比较器输出状态翻转时，说明检测到了过零点，接下来需要做换相动作了。

4．线圈换相的顺序

关于电机运行的换相步骤，需严格按照以下的换相顺序如下图所示，应用中需要调换电机的转动方向，只需把电机的任意两根相线对调即可。

5．输出波形

  图a为方波输出控制波形，图b为正弦波输出控制波形。