标签: 电机驱动芯片

在一些 自动控制领域 中，步进电机的使用仍占着相当大的比例，步进电机与驱动电路组成的开环数控系统， 因其简单的结构、低廉的价格和可靠的性能，目前已在很多行业中（ 工业自动化、医疗自动化、纺织自动化 等）广泛应用。 步进电机经常被用于 精确定位的场合 ，因而保证电机不发生失步至关重要。 如果在调试过程中会发现 步进电机丢步、堵转和定位不准现象 ，遇到这种情况不要着急， 更不要因此直接否定所选用 步进电机 ，一定要冷静观察分析出现该现象的原因，由此找出解决之道！ 步进电机的丢步及定位不准，一般由以下几方面原因引起： 1、 改变方向时丢脉冲，表现为往任何一个方向都准，但一改变方向就累计偏差，并且次数越多偏得越多； 2、 启动速度太高，加速度太大，引起丢步； 3、 在用同步带的场合软件补偿太多或太少； 4、 步进电动机本身的工作转矩不足，没有足够的能力来驱动负载； 5、 控制器受干扰引起误动作； 6、 驱动器受干扰引起； 7、 软件缺陷； 针对以上问题分析如下： 1）一般的 步进驱动器 对方向和脉冲信号都有一定的要求，如：方向信号在第一个脉冲上升沿或下降沿（不同的驱动器要求不一样）到来前数微秒被确定， 否则会有一个脉冲所运转的角度与实际需要的转向相反，最后故障现象表现为越走越偏，细分越小越明显，解决办法主要用软件改变发脉冲的逻辑或加延时。 2）由于步进电机特点决定初速度不能太高，尤其带的负载惯量较大情况下,建议初速度在1r/s以下， 这样冲击较小，同样加速度太大对系统冲击也大，容易过冲，导致定位不准;电机正转和反转之间应有一定的暂停时间,若没有就会因反向加速度太大引起过冲。 3）根据实际情况调整被偿参数值，（因为同步带弹性形变较大，所以改变方向时需加一定的补偿）。 4）适当地增大马达电流，提高驱动器电压（注意选配驱动器、驱动芯片）选扭矩大一些的马达。 5）系统的干扰引起控制器或驱动器的误动作，我们只能想办法找出干扰源， 降低其干扰能力（如屏蔽，加大间隔距离等），切断传播途径，提高自身的抗干扰能力， 常见措施： ①用双纹屏蔽线代替普通导线，系统中信号线与大电流或大电压变化导线分开布线，降低电磁干扰能力。 ②用电源滤波器把来自电网的干扰波滤掉，在条件许可下各大用电设备的输入端加电源滤波器，降低系统内各设备之间的干扰。 ③设备之间最好用光电隔离器件进行信号传送，在条件许可下，脉冲和方向信号最好用差分方式加光电隔离进行信号传送。 在感性负载（如电磁继电器、电磁阀）两端加阻容吸收或快速泄放电路，感性负载在开头瞬间能产生10~100倍的尖峰电压，如果工作频率在20KHZ以上。 6）软件做一些容错处理，把干扰带来影响消除。 同时还可能是以下原因： 原因一： 转子的加速度慢子步进电机的旋转磁场 ，即低于换相速度时，步进电机会产生丢步。 这是因为输入电机的电能不足，在步进电机中产生的同步力矩无法使转子速度跟随定子磁场的旋转速度，从而引起丢步。 解决方法： 　　①使步进电机本身产生的电磁转矩增大。因此可在额定电流范围内适当加大驱动电流;或者在高频范围转矩不足时，可适当提高驱动电路的驱动电压;也可以改用转矩大的步进电机等。 　　②使步进电机需要克服的转矩减小，因此可适当降低电动机运行频率，以便提高电机的输出转矩。 原因二： 步进电机及所带负载存在惯性 ，由于步进电机自身及所带负载存在惯性，使得电机在工作过程中不能立即起动和停止，而是在起动时出现丢步，在停止时发生越步。 解决方法： 　　通过一个加速和减速过程，即以较低的速度起动，而后逐渐加速到某一速度运行，再逐渐减速直至停止。 原因三：步进电动机产生共振 共振 也是引起丢步的一个原因 。步进电机处于连续运行状态时，如果控制脉冲的频率等于步进电机的固有频率，将产生共振。 　　解决方法： 　　一、适当减小步进电机的驱动电流; 　　二、采用细分驱动方法; 　　三、采用阻尼方法，包括机械阻尼法。 　　以上方法都能有效消除电机振荡，避免丢步现象发生。 那有没有一款步进驱动芯片可以内部集成算法来优化电机性能，防止丢步呢？ 针对步进电机丢步的问题，Trinamic推出的 TMC5160电机驱动芯片的DcStep功能可以有效防止电机丢步 。 TMC5160的DcStep功能介绍： DcStep 能让电机在其负载极限和速度极限附近运行而不失步。如果电机上的机械负载增加到堵转负载点，电机会自动降低速度，这样它仍然可以驱动负载。 有了这个功能，电机将不会堵转。除了在较低速度下增加扭矩之外，动态惯性将允许电机通过减速克服机械过载。 DcStep 直接与斜坡发生器集成，因此即使电机速度因机械负载增加而需要降低，也能达到目标位置。 DcStep 可以在没有任何失步的情况下达到 10 倍或更大的动态范围。通过优化高负载情况下的运动速度，该功能进一步提高了整体系统效率。 DcStep 优势: 电机在过载情况下不会失步 应用程序可以更快的运行 自动实现最高的加速度 在速度极限下实现最高的能效 全步驱动达到最高电机扭矩 不仅如此，TMC5160还提供了一个 增量式编码器接口 。 TMC5160 为外部增量编码器提供编码器接口。编码器不仅用于失步的判断，还可实现运动控制器的归零功能(替代参考开关)。 可编程预分频器寄存器设置了编码器分辨率以适应电机分辨率。内部包含 32 位编码器计数器。 如果对位置要求非常高的应用，又怕步进电机丢步，那就建议上闭环步进了， 针对步进闭环应用，Trinamic推出了一款带S型加减速曲线的控制芯片--- TMC4361 ， 并支持 sixPoint 六点式斜坡，进行了高速优化，支持动态修改运动参数。 TMC4361A 包含 SPI 接口、Step/Dir 接口及闭环所需的编码器接口。 ​

内容主要来自TMC5160数据手册，个人的理解简单做下笔记： TMC5160做为驱动芯片，单片机作为控制器，控制一个或多个5160； 站在应用的角度去分析，不涉及过多电子方面； ​ 编辑 切换为居中 添加图片注释，不超过 140 字（可选） TMC5160是高功率步进电机控制器和驱动IC，有串行通信接口（SPI和UART）。 它结合用于与产业最先进的步进电机驱动器自动目标定位柔性斜坡发生器。使用外部晶体管，高动态，高转矩的驱动器得以实现。 基于Trinamic的复杂SpreadCycle™（高精度斩波算法）和StealthChop™技术，可以确保绝对无噪音的操作以最高的效率和最佳的电机扭矩相结合。 高集成度，高能源效率和小外形启用小型化和成本效益的解决方案可扩展的系统。完整的解决方案降低学习曲线降到最低，同时给予类最佳性能。 0.1 特点和优势 以下是该芯片的核心内容： 高达 20A 线圈电流的两相步进电机(外部 MOSFETs ) 支持 sixPoint™的运动控制器（六点斜坡加减速/梯形加减速） 支持microPlyer™微步插值功能的的步进/方向接口 电压范围 8…60V 直流 SPI 和单线 UART 编码器接口和 2个参考开关输入 最高256 微步细分 stealthChop2™斩波模式，安静平滑的运行 电机中速运行的共振衰减 spreadCycle™ 高动态电机控制斩波器 dcStep™ 负载相关关速度控制 stallGuard2™ 高精度的无传感器负载检测 coolStep™ 电流控制，能量能减少 75% 被动制动和空转模式 全面保护和诊断 1. 操作原则 TMC 5160提供三种基本操作模式: 模式1 :全功能运动控制和驱动器 所有步进电机逻辑完全在 TMC5160 内。不需要软件来控制电机，只需提供目标位置。 SD_ MODE 接地使能此模式 模式 2 :脉冲和方向驱动器 像 TMC 4361 这样的外部高性能 S-ramp 运动控制器或 CPU 产生与系统内其他部件（如电机）同步的脉冲和方向信号。TMC5160 控制电流和运动模式，并反馈电机状态。microPlyer 自动平滑运动。SD _ MODE 接高电平使能此模式。 模式3 :简单的步进和方向驱动器 TMC 5160根据步进和方向信号控制电机。microPlyer自动平滑运动。不需CPU； 配置由硬件引脚完成。静止保持电流控制由TMC 5160完成。可选的反馈信号作为错误检测和同步标志的输出。 SPI_MODE接地，SD_MOD接高电平使能此模式 ​ 编辑 切换为居中 添加图片注释，不超过 140 字（可选） 1.1 关键概念 TMC 5160实现了TRINAMIC产品独有的高级功能。这些特征在许多步进电机应用有效的提高了精度、能效、可靠性、平滑性和能耗。 stealthChop2™ 无噪声、高精度斩波算法，用于电机的静止和运动状态下的静音控制。 stealthChop2在stealthChop 的基础上，加快了电机运动加减速特性，降低的所需的电流最小值。（spreadCycle的加强版静音模式） spreadCycle™ 高精度斩波算法，用于高动态电机运动和产生绝对干净的电流波。低噪音、低共振和低振动斩波器。(正常模式) dcStep™ 负载相关速度控制。电机尽可能快地移动，不失步。 stallGuard2™ 无传感器堵转检测和机械负载测量。 coolStep™ 根据负载自适应电流，可将能耗降低 75 %。 microPlyer™ 细分内插器，用于从全步开始，以较低分辨率步长输入获得全 256 微步的平滑度（平滑模式） 除了这些性能增强之外，TRINAMIC电机驱动器还提供了检测和防止短路输出、输出开路、过热和欠压情况的保障措施，以增强安全性和故障恢复。 1.2 静止态自动降电流 ​ 编辑 切换为居中 添加图片注释，不超过 140 字（可选） 1.3 stealthChop2 & spreadCycle 驱动 stealthChop 基于电压斩波器的原理。除了电机机械滚轮轴承产生的噪音，它特别保证了电机在静止和慢动作时绝对安静。 不同于其他电压模式斩波器，stealthChop2 不需要任何配置。通电后，它会在第一次运动中自动学习最佳设置，并进一步优化后续运动中的设置。 初始的归零过程足以使系统完成stealthChop 最佳配置。也可以选择，通过接口预先配置初始学习参数stealthChop2 通过对电机速度的变化立即做出反应，允许高的电机动态。 对于高动态的应用，spreadCycle是除stealthChop2之外的选项。它可以通过输入引脚(独立模式)或SPI或UART接口配置。 stealthChop2和spreadCycle甚至可以结合使用，以达到两者的最佳效果： stealthChop2用于无噪音的静止状态，无声平滑的性能， spreadCycle用于高动态，低振动和最高的峰值速度。 spreadCycle方案自动集成和调节快衰减周期，以保证平滑过零性能。 stealthChop2 优势: - 显著改善了低成本电机微步性能 电机运行平稳安静 绝对没有待机噪音 降低机械共振产生改善的扭矩 总结：spreadCycle是周期斩波模式。它在很宽的速度和负载范围内提供平稳的操作和良好的共振阻尼。 stealthChop2就更厉害了，亲测，确实可以降低运行噪音； 深圳市卓联微科技 曹工-TMC电机驱动芯片-卓联微

1、正压呼吸机解决方案 呼吸机的通气舒适度及 静音性能 是其重要指标。另外，睡眠呼吸机的功能之一是在系统发生异常时，能及时发现并立即采取适合的保护措施，其核心要点即是 呼吸机风机的控制 。 第一涵盖极高动态的电机转速范围：双水平模式下，电机转速范围会在10000rpm以内及25000rpm以上快速切换，转速切换时间可低于0.5秒。 第二可维持尽可能小的噪声。呼吸机压力为10cm水柱时，一般要求低于30dB，高端的产品可以做到23dB及以下。 第三具有灵活方便的系统诊断，保护机制：以方便的结合驱动器信息及相关传感器定位相关异常事件，包括呼吸面罩脱落、呼吸管路漏气、风机堵转等等。 家用正压睡眠呼吸机要求小巧的体积及极小的运行噪声，因此电机控制需要采用 FOC算法 ， 根据负载（系统压力和流量状况），控制风机稳定运行，减小转矩脉动，从而大大减少电机自身的运行噪声。 通常工程师在产品开发中，会选择直接购买风机配套的驱动板，这样成本相对比较高，而且接口控制不够灵活。Trinamic的方案则能以较低的成本达到更好的性能及灵活度。 控制框图如下： 电机控制核心 FOC算法及控制 由ADI Trinamic 的 TMC4671 完成， 功率驱动部分及电流采样 使用ADI Trinamic 的 TMC6200 完成。 TMC4671极大简化了电机控制部分的算法， 解放了MCU的算力 ，使用户可以专注于系统应用级的设计，如更适于患者的压力流量曲线等。 压力值通过压力传感器反馈，经由MCU进行PI运算后，其输出作为TMC4671的速度给定信号， TMC4671输出风机控制SVPWM信号给TMC6200，TMC6200作为MOS管门级驱动，控制三相H桥以驱动电机运行，使呼吸机压力保持在需要的值或按给定的曲线变化。 核心器件介绍 TMC4671是一款ADI Trinamic于2020年发布的全球首个具有针对 BLDC/PMSM 和 两相步进 电机以及 直流电机 和 音圈电机 的磁场定向控制的 全集成伺服控制器IC ， 集成ADC、位置传感器接口（增量式编码器，HALL信号等）和位置插值器的完整组件。 芯片采用 级联的闭环控制架构（位置环、速度环和电流环） ，如下图所示。 转矩环核心的FOC算法，将FOC算法包含的Park，反Park变化等时间关键性的计算都集成在硬件中。 因此开发动态伺服控制器只需几行代码，这不仅减轻了处理器处理实时关键任务的负担，还优化了设计周期，缩短了上市时间。 （TMC4671内部FOC算法框图） (TMC4671核心功能) TMC6200 是一个 大功率门驱动器 ， 专为（PMSM）永磁同步电机伺服或（BLDC）直流无刷电机设计 ，可以 驱动从几瓦特到几千瓦的电机 ； 集成了FOC驱动系统的全高电压部分，适用于12V、24V或48V系统。 使用TMC6200，可以最少数量的外部组件来构建具有完全保护和保护功能的坚固驱动器诊断。 TMC6200除驱动三相H桥外，还完成 电流信号的采集及转换，其内置运放及PGA，适合不同功率的电机 。 采样相电流，非常适用于TMC4671中实现的Δ-Σ电流测量，可实现 对电流的低噪声采样，提高系统的控制精度 。 另外TMC6200提供了完善的功率级诊断功能，方便系统的故障处理。 (TMC6200报警及保护功能概览) 总结： ADI Trinamic提供的BLDC和PMSM电机解决方案，使用TMC4671+TMC6200的组合，大大降低了高性能电机驱动器设计的门槛， 使用户可以非常快速地搭建相关的高性能电机应用，无需编写复杂费时的底层驱动，节省了了大量的调试时间； 相关诊断功能使工程师在调试初期可快速定位系统故障； 配合TMC IDE，用户可以方便地进行系统辨识和控制参数优化，加速产品设计定型； 用户可专注于产品本身的设计优化，这是未来电机控制应用的方向。 Trinamic中国区代理可以提供相关技术指导和支持，能帮助用户更好地进行设计，尽快让产品上市。

蠕动泵是一种可控制流速的液体输送装置，因为可以稳定控制流体的流速；无污染输送流体；维护简单便宜， 且具有 输送精度高、较强的耐腐蚀性、剪切作用小、操作简单及易于维护等优势 ， 所以 广泛应用在科研、制药、化工、环保、饮料、食品、农业、印刷等各领域 。 其在科研实验室常被用于细胞组织输送、标本脱色、灌注、液体色谱分析以及酸性或碱性溶液输送等。 一、 什么是蠕动泵？ 蠕动泵，英文名为peristaltic pump。行业中对其有许多称呼，例如蠕动泵、计量泵、恒流泵、软管泵等。 根据输送的精度命名，其被称为计量泵、恒流泵； 根据产品构造命名，其被称为软管泵； 根据产品的原理命名，其被称为蠕动泵（本文中统一称为蠕动泵）。 二、 蠕动泵的组成结构 蠕动泵由 三部分 组成： 蠕动泵驱动器，蠕动泵泵头和蠕动泵软管 ， 是一种可通过控制驱动器转速和不同流量软管，来实现流量高精度控制的液体输送装置。 三、蠕动泵的工作原理 通过挤压软管实现液体的输送，因此这种泵输送的液体在泵内只经过软管，没有死角，因此极易清洗，不易产生残留，非常适合于需要洁净输送的用途。 再因为蠕动泵每转一圈都会输出固定量的流体，因此蠕动泵流量控制非常精准，可以通过调速和计时的方式实现精确的计量输送。 蠕动状态的软管就像人的肠道一下推动管内的流体，因此不会对流体产生挤压和破坏， 所以也适合输送相对粘稠或含有一些颗粒的物料，例如含有果粒的果汁，不过需要注意选择匹配相应需求的软管。 拿辊子直径相同的泵相比较，产生较大“枕”体积的泵，其转子每转一圈所输送的流体体积也较大，但产生的脉动度也较大。 而产生较小“枕”体积的泵，其转子每转一圈所输送的流体体积也较小；快速、连续地形成的小“枕”使传输流体的流量近于恒定平稳状态。 工作原理解析： (1)电机带动辊子转动 (2)辊子与泵壳，对泵管形成挤压 (3)在辊子转动的过程中，辊子挤压住的泵管区域后端，液体被推向下游 (4)在辊子转动的过程中，辊子挤压住的泵管区域，在辊子离开后，由于泵管的弹性，会恢复圆管形； 泵管由被挤压状态恢复到圆管状态，会形成吸力，而下游被辊子挤压住不导通，该吸力只能吸引上游的液体 (5)辊子连续转动，从而形成连续地液体从入口吸入、从出口排出 蠕动泵的分类及应用场景 按照流量分类 1、小流量蠕动泵： 主要用于实验和医疗等行业，流量精度高； 2、中流量蠕动泵： 主要用于实验、医疗和小型生产及分配等，流量精度高； 3、大流量蠕动泵： 主要用于大流速实验、生产灌装和分配以及工业液体的输送等。 蠕动泵优点： (1)不污染管子之外的其他结构，且无阀、无密封圈 (2)可在无液体填充情况下空转 (3)可以在无液体填充情况下自吸 (4)可处理含杂质较多的液体 (5)可正反两个方向工作 (6)可防止液体回流 蠕动泵缺点： (1)泵管会老化： 泵管多为橡胶、硅胶等弹性体材料，长时间挤压之后，弹性会变差，不能更好的恢复变形，导致流量下降或流量波动变大。 (2)多个泵头或多根泵管之间，流量一致性不是特别好： 泵管方面，泵管本身是弹性体材料(硅胶、橡胶等材料)，泵管壁厚、内径等差异，会引起不同泵管之间的流量差异。 泵头方面，棍子的外径大小、棍子与电机转轴之间的距离上的差异，挤压泵管的泵壳存在的公差，都会导致流量差异。 下面来了解一下蠕动泵常见的一些参数： 在选择驱动器的时候，一般要考虑三个方面：转速，控制形式，防护等级。 驱动芯片 ：推荐 Trinamic（TMC）电机驱动芯片 ，TMC2209、TMC2225、TMC2130等。 相较于普通的驱动芯片，其具有静音、防抖、高细分等技术，非常适合蠕动泵的应用场景。 转速 ：转速越高，流量越大，推荐选择略高于自己需求的转速。 控制形式 ：一般有着可调转速、流量分配、外部控制等多种形式。 防护等级 ： 防护等级越高，防止外物入侵，水浸入的能力越高，结合自己行业的工作环境，选择相应的防护等级。 泵头的选择一般考虑五个方面：参考流量，通道需求，滚轮需求，抗化学性，软管更换。 参考流量 ：不同泵头搭载不同的软管，流量便也不尽相同，所以选择泵头的时候请注意参考流量。 通道需求 ：通道分为单通道或者多通道，如果有多通道需求的话，选择多通道泵头或者将泵头串接也可以。 滚轮需求 ：蠕动泵的滚轮越少，流出的流体脉动越高，流速越不稳定，如果对流体的稳定性要求高的，建议选择滚轮数多的泵头。 耐化学性 ：长时间使用蠕动泵，溢出的流体可能对泵头有所损害，所以这方面也要考虑到。 软管更换 ：如果更换软管频率比较高，建议选择可快速更换软管的蠕动泵。 选择软管时需考虑五个方面：参考流量，耐化学性，流体温度，软管寿命，吸程扬程。 参考流量 ：不同型号的软管所承载的流量是不一样的，根据自己对流量的需求，选择相应的软管即可。 耐化学性 ：蠕动泵的三种配件中，主要和流体接触的便是软管，所以软管的耐化学性是选择时需重点考虑的， 例如硅橡胶可耐高温低温，而氟橡胶具有优秀的抗氧化性和耐腐蚀性等。 流体温度 ：软管材质不同，耐温不同，普通的橡胶软管一般可达 100 °，而硅橡胶软管最高可耐 200 °高温。 软管寿命 ：虽说针对使用情况不同，软管寿命也上下浮动，但普遍来说进口的软管比国产的软管寿命略长一些。 吸程扬程 ：蠕动泵依靠转子之间产生的真空，利用空气压差进行流体的输送，也因此产生了吸程和扬程。 吸程指抽水口距离待抽液面的垂直距离，扬程是指泵扬水的高度。 软管的材料、内径、壁厚等多种因素都会对吸程扬程有所影响。

提到直流无刷电机，那不得不提的就是有刷电机了。有刷电机有一个比较令人讨厌的缺点：那就是 “吵” 。 因为电刷和换向环需要时刻不停地摩擦，才能给电枢供电。 所以，如果你想要一个“静音风扇”的话，肯定不能选使用了有刷电机的产品。 并且电刷使用时间久了，比较容易损坏。电流较大的时候，你甚至可以看到电刷在换向的时候噼里啪啦地冒火花。 而这些缺点，在下面将要介绍的直流无刷电机（Brushless DC Motor）里，一样都没有！ 我们将从以下四个方面来给大家介绍直流无刷电机（以下简称BLDC）： 1，BLDC的优缺点； 2，BLDC的工作原理； 3，BLDC的控制方式； 4，BLDC的实际使用。 1、BLDC的优缺点 直流无刷电机，从字面上看，其最大的特点，就是“无刷”，也就是没有电刷的意思。 就因为没有电刷，它非常完美地避开了有刷电机的那几个缺点。所以反过来说，它主要的优点就是： 1，寿命长；2，能够做到静音；3，效率高（损耗低）；4，体积较小；5，稳定性高。 1.无刷直流电机运行的速度范围比较宽泛，在任意的速度下，都可以全功率运行。 2.过载能力突出，运行效率高。 3.无刷直流电机相对于有刷电机来说，体积更小，适用范围更广，功率密度较高。 4.和异步电机的驱动控制相比，驱动更加简单化。 5.无刷直流电机没有机械换向器结构，里面封闭，可以避免飞尘颗粒进入电机内部，导致出现各种各样的毛病，可靠性高。 6.外特性较好，低速运行，可输出大转矩，可以提供比较大的启动转矩。 2、BLDC的工作原理 BLDC是电机的一种，所以它最基本的构成也离不开定子（stator）和转子（rotor）。 有刷电机的定子是永磁体，而它的转子，则是通电的线圈（绕组）。如下图： 但是对于BLDC来说，情况恰恰相反！ BLDC的定子（stator）是通电的线圈，而转子（rotor）却是永磁体！ 从“麦克斯韦-安培定律”可以知道，通电线圈附近的空间会产生磁场。而磁场的分布方向，我们可以用“右手定则”得出。如下图： 其实这就是我们常说的“电磁铁”了！ 那么接下来的事情就简单了，磁铁的特性是什么？ 同性相斥，异性相吸！ 所以，我们只要给定子上的线圈接入方向适当的电流， 即让电磁铁的磁极方向和永磁体的磁极方向正好对应，不就能排斥、或者吸引转子做旋转运动了。 上图就是按顺序单独给线圈通电，使其朝向转子的方向为电磁铁的S极，吸引转子顺时针方向旋转。 定子的优化 以上的驱动方式，即按顺序单独给每个线圈通电，虽然可行，但是未免太过繁琐，效率低下。 因此，实际上的BLDC会将那六个线圈两两组合，分成A，B，C三个绕组，如下图： 这样我们就可以同时驱动两个电磁铁了，效率立马提高了一倍。 但是这还只是用了磁铁“吸引”的特性，别忘了磁铁还有“排斥”的特性。 如果我们再同时驱动另外一组线圈，让上一组线圈“吸引”转子的时候，另外一组线圈“排斥”转子，那么我们的转子将会获得更高的驱动力！ 如下图： 到目前为止，这个模型已经开始接近实际的BLDC产品了。 但是对于上面的模型， 我们需要给两个绕组同时提供方向相反的两组电源，才能同时达到“吸引”和“排斥”的效果。 这对于实际应用来讲，未免过于复杂，成本也太高。 接下来我们要讲的“BLDC的控制方式”，将会解决上面这个问题。 3、BLDC的控制方式 原来的A,B,C三个绕组是各自独立的，因此控制起来非常麻烦。 那如果我们把A,B,C三个绕组接在一起，拼成一个“星形连接（star arrangement）”，结果会是怎么样？ 本来三个绕组，引出六根线；现在引出的线减少到只有三根线，那么这么接怎么实现跟六根线一样的控制效果呢？ 如下图： 电源正极接在右上角的A绕组输入，而电源的负极接在了左下角的B绕组输出。 这个时候A绕组和B绕组同时被驱动，而且其极性正好相反，实现了三个绕组独立驱动时一样的效果！ 所以只要按照这个顺序：AB-AC-BC-BA-CA-CB，这六个节拍，依次循环驱动定子的绕组，转子就能一直旋转下去！ 可以使用六个电子开关来实现这六个节拍的驱动，如下图： 位置检测 我们虽然已经知道了控制转子的六个节拍的方法。 但是你有没有发现一个新的问题：如果不知道转子的位置，如何知道何时该驱动哪个绕组？ 所以我们必须要知道转子的当前位置！ 而转子的位置检测，一般有两种方式： 1，霍尔传感器检测法； 如下图，在定子里放上H1,H2,H3，三个霍尔传感器，就可以知道当前的定子的确切位置。 霍尔传感器的输出用高低电平来表示： 2，反向电动势检测法 反向电动势（Back EMF）检测法是基于电磁感应原理： 当没有通电的绕组周围的磁场（磁通量）改变时，会在这个绕组上感应出一个电动势， 我们只要检测这个电动势的大小和方向，也能知道当前定子的位置。 这两种检测方式各有优缺点： 霍尔传感器检测精度更高一点，但是成本也较高； 相反，反向电动势检测法经济性更好，但是精度稍低。 内转子 or 外转子 BLDC有两种结构：转子在内的叫做内转子BLDC；相反，转子在外的叫做外转子BLDC。 相对来说， 外转子BLDC应用更多一点 。 主要原因是外转子BLDC在机械结构上更稳定。这是因为电机转子在高速运行下，由于离心力的作用，会有向外扩张的趋势。 所以内转子BLDC需要非常高的机械精度，保证转子和定子不会打架。 但是如果预留的距离太远，又会导致漏磁而影响电机的整体效率。 但是在外转子BLDC上却没有这个问题，因为外转子天然不受扩张影响。 BLDC的缺点 我们现在再回到前面遗留下的问题：BLDC的缺点是什么？ 相信你已经猜到：我们花了那么多的篇幅来讲BLDC的控制方式，足以看到其控制的难度，相对于有刷电机来说，是高出了不少的！ 所以说BLDC最大的缺点，就是他的控制难度高，驱动电调（Electronic Speed Control，简称ESC）价格较高。 它还有一个缺点，就是BLDC由于感抗的原因，启动时会伴随着抖动，不像有刷电机的启动那么平稳。 目前主流的无刷电机控制方式有如下三种： 1、方波控制： 也称为梯形波控制、120°控制、6步换向控制 方波控制方式的优点是控制算法简单、硬件成本较低，使用性能普通的控制器便能获得较高的电机转速； 缺点是转矩波动大、存在一定的电流噪声、效率达不到最大值。方波控制适用于对电机转动性能要求不高的场合。 方波控制使用霍尔传感器或者无感估算算法获得电机转子的位置，然后根据转子的位置在360°的电气周期内，进行6次换向（每60°换向一次）。 每个换向位置电机输出特定方向的力，因此可以说方波控制的位置精度是电气60°。 由于在这种方式控制下，电机的相电流波形接近方波，所以称为方波控制。 2、正弦波控制： 正弦波控制方式使用的是SVPWM波，输出的是3相正弦波电压，相应的电流也是正弦波电流。 这种方式没有方波控制换向的概念，或者认为一个电气周期内进行了无限多次的换向。 显然，正弦波控制相比方波控制，其转矩波动较小，电流谐波少，控制起来感觉比较“细腻”，但是对控制器的性能要求稍高于方波控制，而且电机效率不能发挥到最大值。 3、FOC控制 又称为矢量变频、磁场矢量定向控制 正弦波控制实现了电压矢量的控制，间接实现了电流大小的控制，但是无法控制电流的方向。 FOC控制方式可以认为是正弦波控制的升级版本，实现了电流矢量的控制，也即实现了电机定子磁场的矢量控制。 由于控制了电机定子磁场的方向，所以可以使电机定子磁场与转子磁场时刻保持在90°，实现一定电流下的最大转矩输出。 FOC控制方式的优点是：转矩波动小、效率高、噪声小、动态响应快； 缺点是：硬件成本较高、对控制器性能有较高要求，电机参数需匹配。 FOC是目前无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）高效控制的最佳选择。 FOC精确地控制磁场大小与方向，使得电机转矩平稳、噪声小、效率高，并且具有高速的动态响应。 由于FOC的优势明显，目前很多公司已在众多应用上逐步用FOC替代传统产品的控制方式。 德国Trinamic有一款 带有磁场矢量控制（ FOC）的控制芯片--- TMC4671-LA -转矩控制模式 -速度控制模式 -位置控制模式 -电流控制刷新频率和最大的PWM频率为100KHz (速度和位置控制的刷新频率可以根据当前电流刷新频率的倍数配置) TMC4671是一款完全集成伺服控制芯片，为直流无刷电机、永磁同步电机、2相步进电机、直流有刷电机和音圈电机提供磁场定向控制。 所有的控制功能都被集成在硬件上。集成了ADCs、位置传感器接口、位置差值器，该款功能齐全的伺服控制器，适用于各种伺服应用。 那接下来我们就来看看，BLDC的实际应用场景。 4、BLDC的实际应用 1、静音散热风扇风冷是很多设备散热的首选。 例如市面上很多主打“静音”的机箱，如果是使用风冷，里面的散热风扇基本都是使用BLDC。 用来给笔记本电脑散热的底座也常用BLDC，除此之外，一些大型的通风散热系统里面，使用的也是BLDC风扇。 还有高速风筒之类的产品。 2、多轴无人机较大功率使用的都是BLDC，适配上合适的电调（ESC），再使用PWM来控制BLDC调速是非常方便的。 3、电动工具之类的产品，比如电批，国内生产的电扳手基本上都使用了BLDC，还有大部分的手电钻也一样。 主要是因为BLDC的高效率，而使得电池供电的电动工具续航时间更长。还有一点是无刷电机的扭矩输出非常稳定。 还有冰箱压缩机，冰柜冷却风机，以及近几年很火的空气净化器、吸尘器/扫地机器人、筋膜枪等，大部分使用的都是BLDC驱动。