许多运动控制应用都采用永磁直流电机。因为与交流电机相比，直流电机的控制系统更容易实现。因此，在需要控制速度、扭矩或位置时，通常都采用直流电机。 常用的直流电机有两种：有刷电机和无刷电机（或称BLDC电机）。顾名思义，有刷直流电机带有电刷，电刷可以使电机换向并旋转；而无刷电机则用电子控制取代了机械换向功能。 很多应用都是既可以使用有刷直流电机，也可以使用无刷直流电机。两种类型的电机基于相同的线圈和永磁体吸引与排斥原理，二者都具有各自的优缺点，可以根据应用需求进行具体选择。 直流电机使用绕线线圈来产生磁场。在有刷电机中，线圈可以自由旋转从而驱动轴，它们被称为“转子“。通常，线圈缠绕在铁芯上，当然也有“无芯“有刷电机，其绕组是自支撑的。 电机的固定部分称为“定子“。用于提供固定磁场的永磁体通常位于定子的内表面和转子的外部。 为了产生使转子旋转的扭矩，转子的磁场需要持续旋转，以使其磁场吸引并排斥定子的固定磁场。通常采用滑动式电子开关来使磁场旋转。该开关由换向器和固定电刷组成，换向器通常是安装在转子上的分片触点，而固定电刷则安装在定子上 随着转子的转动，换向器不断地接通和断开不同的转子绕组，导致转子线圈不断被定子的固定磁体吸引和排斥，从而使转子旋转。 有刷电机的电刷和换向器之间存在机械摩擦，而且由于是电触点，通常无法润滑。因此电刷和换向器在电机的整个寿命周期内都存在机械磨损，并最终将导致电机无法工作。不过许多有刷电机（尤其是大型有刷电机）都有可更换的电刷，其电刷通常由碳制成，在磨损后也可保持良好的接触，这些电机都需要定期维护。但即使有可更换的电刷，换向器最终也会磨损到必须更换电机的程度。 要驱动有刷电机，需要在电刷两端施加直流电压，使电流流经转子绕组从而旋转电机。 如果一个有刷电机在应用中只需要向一个方向旋转，也无需控制速度或扭矩，则完全不需要驱动电子设备。在这类应用中，只需打开和关闭直流电压即可使电机运行或停止。这在电动玩具等低成本应用中很常见。如果需要反向旋转，则可以通过双极开关来实现。 如果需要控制速度、扭矩和方向，则采用由电子开关（晶体管、IGBT或MOSFET）组成的“ H桥”来驱动电机向任一方向旋转。施加到电机上的电压可以是任一极性，它使电机沿不同方向旋转。而通过调制开关脉冲的宽度可以控制电机的速度或扭矩。 无刷直流电机 无刷直流电机与有刷电机的磁吸和排斥原理相同，但结构略有不同。与有刷电机的机械换向器和电刷不同，无刷电机通过电子换向器实现定子的磁场旋转，而这需要使用主动控制电子设备。 I在无刷电机中，转子上附有永磁体，定子上则装有绕组。转子可以放在内侧（如上图所示），也可以放在绕组外侧（有时称为“外转式”电机）。 无刷电机中用到的绕组数称为相数，它可以有不同的相数，但最常见的是三相无刷电机。另外，如小型冷却风扇等可能就只有一相或两相。 无刷电机的三个绕组通常以“星形”或“三角形”方式连接。无论哪种连接，都有三根线连接到电机，而且其驱动技术和波形都是相同的。 三相电机可以构建不同的磁配置，称为磁极。最简单的三相电机有两个磁极：转子只有一对磁极，一个N极，一个S极。当然也可以有更多的磁极，这需要在转子中配置更多的磁性部分，并在定子中增加更多绕组。磁极越多，性能越高，但极数少可以实现更高的速度。 要驱动三相无刷电机，三相绕组每相需要在根据转子位置状态，运行在高电位或低电位上。为此，通常采用三个“半桥”驱动电路来实现驱动，每个驱动电路都由两个开关组成。根据所需的电压和电流，开关可以是双极型晶体管、IGBT或MOSFET。 三相无刷电机可以采用的驱动技术有很多，其中最简单的被称为梯形波驱动、方波驱动或120度换向控制。梯形换向有点类似于直流有刷电机中采用的换向方法：在任何给定时间，三相中都有一相接地、一相断开、另一相连至电源电压。如果需要控制速度或扭矩，则可以脉宽调制连接到电源电压的相位。由于相位在每个换向点突然切换，而转子的旋转是恒定的，因此扭矩会随着电机的旋转产生一些变化，这称为扭矩波动。 为了改善性能，也可以采用其他换向方法。如正弦或180度换向法可以始终驱动所有三个电机相位的电流。控制器控制驱动，使得三相无刷电机每相产生正弦电流，且每相之间的相移为120度。这种驱动技术可以最大程度地减小扭矩波动以及噪音和振动，通常用于高性能或高效率的驱动器。 要适当地旋转磁场，控制电子设备需要知道转子上的磁体相对于定子的物理位置。通常，这个位置信息通过安装在定子上的霍尔传感器获得。当磁性转子旋转时，霍尔传感器会拾取转子的磁场。驱动电子设备利用该信息，使电流按顺序流过定子绕组以使转子旋转。 采用三个霍尔传感器，通过简单的组合逻辑即可实现梯形换向，无需复杂的控制电子设备。而其他换向方法（例如正弦换向）则需要更复杂的控制电子设备，而且通常需要微控制器。 除了使用霍尔传感器提供位置反馈以外，还有很多方法可以在没有传感器的情况下确定转子位置。最简单的方法是在未驱动的相位上监测反电动势，以感应相对于定子的磁场。还有一种更复杂的控制算法，称为磁场定向控制（FOC），它基于转子电流和其他参数来计算位置。FOC通常需要功能强大的处理器来快速执行许多计算，因此这种方法比简单的梯形控制法要昂贵很多。 有刷电机和无刷电机的优缺点 下表总结了两种电机类型的主要优缺点。根据应用需求，您可能更愿意选择无刷电机。 使用寿命 如前所述，有刷电机的缺点之一是电刷和换向器存在机械磨损。碳刷尤其是易耗品，在很多电机的维护计划中，都规定碳刷要定期更换。换向器的软铜也会被电刷慢慢磨损，并最终导致电机无法工作。而无刷电机没有运动触点，因此不存在这种磨损。 速度和加速度 有刷电机的转速会受到电刷、换向器以及转子质量的限制。在极高的速度下，电刷与换向器的接触会变得不稳定，并且电刷电弧会增大。大多数有刷电机在转子中还使用了叠片铁芯，这使它们具有较大的转动惯量，也限制了电机的加速和减速速率。在转子上采用高性能稀土磁体可以将转动惯量降至最低。当然，这会增加成本。 电气噪声 电刷和换向器形成了一种电气开关。当电机转动时，开关打开或闭合，大量电流流过电感转子绕组，并在触点处产生电弧。这些电弧会产生大量电气噪声，会耦合到敏感电路中。在电刷上增加电容或RC缓冲器可以一定程度上减轻电弧，但是换向器的瞬时切换仍然会产生一些电气噪声。 声学噪声 有刷电机是“硬切换”的，也就是说，电流是突然从一个绕组移动到另一个绕组。随着绕组的接通和断开，产生的扭矩随转子的旋转而变化，导致扭矩波动。而无刷电机可以控制绕组电流逐渐从一个绕组过渡到另一个绕组，这降低了扭矩波动。扭矩波动是能量在转子上的机械脉动，它会引起振动和机械噪声，尤其是在转子转速较低时更严重。 成本 有刷电机技术非常成熟，制造成本也很低。无刷电机因为需要更复杂的电子设备，所以总成本高于有刷电机；但因为没有电刷和换向器，因此比有刷电机更容易制造。无刷电机现在越来越普及，特别是在汽车电机等大批量应用中。另外，电子设备（如微控制器）成本持续下降也使无刷电机更具吸引力。 总结 由于成本不断下降而且性能更佳，无刷电机越来越受欢迎。但对有些应用来说，有刷电机仍然是最佳选择。 从无刷电机在汽车中的应用我们可以知道，截至2020年，大多数汽车行驶时运行的电机（例如泵和风扇）都已从有刷电机转为无刷电机，以提高其可靠性。现场故障率的降低和维护要求的降低，完全弥补了无刷电机及其驱动设备所增加的成本。 另一方面，那些不常操作的电机（例如移动电动座椅和电动窗的电机）仍然主要采用有刷电机。因为在汽车的整个寿命周期内，这些电机的总运行时间非常短，不大可能发生故障。 随着无刷电机及其相关电子设备的成本不断降低，无刷电机逐渐渗透传统有刷电机占据主导的应用。汽车行业的另一个例子是，高端车型中的座椅调节电机已经换成了无刷电机，因为它们产生的噪音更小。
由于关乎车辆的性能和成本，汽车零部件的集成化、标准化一直是业界努力的方向，要实现快速的产品迭代和平台化应用，标准化和集成化都是两大利器。所谓集成化，就是对原本分立的系统进行集成，从而使得汽车相关组件数量精简，体积变小，质量变轻，效率提升。比如比亚迪基于“e 平台”打造的电动汽车，正是通过高度集成、一体控制，实现了整车重量的减轻、整车布局的优化，能耗效率的提升和可靠性的提高，最终加速推动电动汽车的普及。 高压充配电总成三合一一般包括车载充电机（OBC）、高压配电盒（PDU）以及DC-DC转换器。有些充配电总成还会在三合一的基础之上再集成双向交流逆变式电机控制器(VTOG)，也就是俗称的四合一。 一.车载充电机的组成和原理 车载充电机内部可分为主电路、控制电路、线束及标准件三部分。主电路前端将交流电转换为恒定电压的直流电，主电路后端为DC/DC变换器，将前端转出的直流高压电变换为合适的电压及电流供给动力蓄电池。 车载充电机控制电路具有控制场效应管开关，它与BMS之间进行通信，监测充电机工作状态以及与充电桩握手等。线束及标准件用于主电路与控制电路的连接，固定元器件及电路板。车载充电机工作原理如图所示。 转化原理:220Vac经过EMI滤波电路滤波，通过一次AC-DC转换器整流，将AC整流为DC，后经PFC功率因数校准电路进行升压，再送往开关和变压器变频升压，经过LLC过第二次整流滤波后输出高压直流给动力电池充电（第一次220Vac整流到310Vdc，电压不够，要升压转化两次） 二.高压配电盒 电动汽车高压配电箱(PDU)又称为高压配电盒，是高压系统分配单元。电动汽车具有高电压和大电流的特点，通常配备300V以上的高压系统，工作电可达200A以上，可能危及人身安全和高压零部件的使用安全性。因此，在设计和规划高压动力系统时，不仅要充分满足整车动力驱动要求，还要确保汽车运行安全、驾乘人员安全和汽车运行环境安全。 新能源汽车通常在大功率的电力环境下运行，有的电压高达700V以上，电流高达400A，对高压配电系统的设计及零部件的选用提出了巨大的挑战。高压电源通过高压电缆直接进入高压控制盒后根据各车型系统的需要分配到系统高压电气部件，并且需要保证整个高压系统及各高压电器设备的安全性、绝缘性、电磁干扰屏蔽性等要求。 三.DC-DC转换器 1.功能 (1)驱动直流电机在小功率直流电机驱动的转向、制动等辅助系统中，一般直接采用DC/DC电源变换器供电。 (2)向低压设备供电向电动汽车中的各种低压设备如车灯等供电。 (3)给低压蓄电池充电在电动汽车中，需要高压电源通过降压型 DC/DC转换器给低压蓄电池充电，将动力电池的400V/800V的高压直流电转化为12V低压直流电给低压蓄电池充电。 (4)不同电源之间的特性匹配以燃料电池电动汽车为例，一般采用燃料电池组和动力电池的混合动力系统结构。在能量混合型系统中，采用升压型DC/DC 转换器;在功率混合型系统中，采用双向型DC/DC 转换器。 2.工作原理 3.工作原理简图 4.转换器内部 5.工作条件及判断 工作条件: (1)高压输入范围为DC290~420V (2)低压输入范围为DC9~14V 判断DC/DC是否工作的方法 第一步，保证整车线束正常连接的情况下，上电前使用万用表测量铅酸蓄电池端电压，并记录 第二步，打开到“on档”整车上电，继续读取万用表数值，查看变化情况，如果数值在13.8~14V之间，判断为DC工作 四.双向交流逆变式电机控制器 该控制器为电压型逆变器，利用IGBT将直流电转化成交流电，其主要功能是通过收集挡位信号、加速踏板信号、制动踏板信号等来控制电机，根据不同工况控制电机的正反转、功率、扭矩、转速等，即控制电机的前进、倒退、维持车辆的正常运转。此外，还具备充电控制功能，能进行交直流转换，双向充放电控制，它主要负责充电功率大于3.3KW的交流电（含单相和三相交流电）转换为高压直流电为动力蓄电池充电。该控制器总成分为上、中、下3个单元，上、下层为电机控制单元和充电控制单元，中间层为水道冷却单元。
作者：Jens SorensenƩ-Δ 型模数转换器广泛用于需要高信号完整度和电气隔离的电机驱动应用。虽然Σ-Δ技术本身已广为人知，但转换器使用常常存在不足，无法释放这种技术的全部潜力。本文从应用角度考察Σ-Δ AD...
LlC与传统PWM变换器异同 与传统PWM（脉宽调节）变换器不同的是，LLC是一种通过控制开关频率（频率调节）来实现输出电压恒定的谐振电路。 它的优点是：实现原边两个主MOS开关的零电压开通(ZVS)和副边整流二极管的零电流关断(ZCS)，通过软开关技术，可以降低电源的开关损耗，提高功率变换器的效率和功率密度。 ZVS 与 ZCS 由于普通的拓扑电路的开关管是硬开关的，在导通和关断时MOS管的Vds电压和电流会产生交叠，电压与电流交叠的区域即MOS管的导通损耗和关断损耗。如图所示： 为了降低开关管的开关损耗，提高电源的效率，有零电压开关(ZVS) 和零电流开关（ZCS)两种软开关办法。 零电压开关 (ZVS)：开关管的电压在导通前降到零，在关断时保持为零。 零电流开关（ZCS)：使开关管的电流在导通时保持在零，在关断前使电流降到零。 由于开关损耗与流过开关管的电流和开关管上的电压的成绩（V*I）有关，当采用零电压ZVS导通时，开关管上的电压几乎为零，所以导通损耗非常低。 ● Vin为直流母线电压，S1，S2为主开关MOS管（其中Sc1和Sc2分别为MOS管S1和S2的结电容，并联在Vds上的二极管分别为MOS管S1和S2的体二极管），一起受控产生方波电压； ● 谐振电容Cr 、谐振电杆Lr 、 励磁电杆Lm一起构成谐振网络； ● np，ns为理想变压器原副边线圈； ● 二极管D1, 二极管D2，输出电容Co一起构成输出整流滤波网络。 那么LLC电路是怎么实现软开关的呢？ 要实现零电压开关，开关管的电流必须滞后于电压，使谐振槽路工作在感性状态。 LLC 开关管在导通前，电流先从开关MOS管的体二极管（S到D）内流过，开关MOS管D-S之间电压被箝位在接近0V（二极管压降），此时让开关MOS管导通，可以实现零电压导通；在关断前，由于D-S 间的电容电压为0V而且不能突变，因此也近似于零电压关断（实际也为硬关断）。 那什么是谐振呢？我们不妨先看看电感和电容的基本特性： 与电阻不同，电感和电容都不是纯阻性线性器件，电感的感抗XL和电容的容抗Xc都与频率有关，当加在电感和电容上的频率发生变化时，它们的感抗XL和容抗Xc会发生变化。 1、如下图RL电路，当输入源Vin的频率增加时，电感的感抗增大，输出电压减小，增益Gain=Vo/Vin随频率增加而减小。 2、如下图RC电路，相反，当输入源Vin的频率增加时，电容的容抗减小，输出电压增大，增益Gain=Vo/Vin随频率增加而增加。 LC谐振电路的特性： 如图，当我们将L和C都引入电路中发现，当输入电压源的频率从0开始向某一频率增加时，LC电路呈容性（容抗＞感抗），增益Gain=Vo/Vin随频率增加而增加，当从这一频率再向右边增加时，LC电路呈感性（感抗＞容抗），增益Gain=Vo/Vin随频率增加而降低。这一频率即为谐振频率（此时感抗=容抗，XL=Xc=ωL=1/ωC）,谐振时电路呈纯电阻性，增益最大。 谐振条件：感抗=容抗，XL=Xc=ωL=1/ωC 谐振频率：fo 谐振作用 控制让谐振电路发生谐振，有三个参数可以调节。由于L和C的大小不方便调节，通过调节输入电压源的频率，可以使L、C的相位相同，整个电路呈现为纯电阻性，谐振时，电路的总阻抗达到或近似达到极值。利用谐振的特征控制电路工作在合适的工作点上，同时又要避免工作在不合适的点上而产生危害。 LLC稳定输出电压原理： 将LLC电路等效分析，得到i如下简化电路。当交流等效负载Rac变化时，系统通过调整工作频率，改变Zr 和Zo的分压比，使得输出电压稳定，LLC就是这样稳定输出电压的。 对LLC来说，有两个谐振频率，一个谐振频率fo是利用谐振电感Lr谐振电容Cr组成； 另一个一个谐振频率fr1是利用谐振电感Lr，励磁电感Lm，谐振电容Cr一起组成； 详细的LLC工作模态分析 开关网络：S1、S2及其内部寄生二极管Ds1\Ds2、寄生电容Cds1\Cds2; 谐振网络：谐振电容Cr 、串联谐振电感Lr 、并联谐振电感 Lm; 中心抽头变压器（匝比为n:1:1），副边整流二极管 D1、D2； 输出滤波电容Co （忽略电容的ESR），负载 Ro。 LLC变换器的模态分析 对于LLC电路，存在两个谐振频率： 1.1.1 工作区域2(fr2
有电友问，怎么样把IGBT当作继电器使用？就是，不用驱动电路，就用一个24V通断来控制IGBT的通断？听完电友的提问，我只想说，这电友的想法太牛了，这操作也太土豪了吧，继电器才几个钱？只想说你们单位真是财大气粗啊！IGBT适用频繁动作。言归正传，你们知道这想法能不能实现呢？欢迎在评论区留言评论吧！ 电友A说：第一，IGBT和IGBT模块都是一个东西，只不过模块可以是1个IGBT或多个集成的IGBT而已。 第二，把它当电子开关可以呀，但一定要是开关才好，不要变成放大器。否则需要PWM基波频率的支持。为什么要这么做呢？电子开关的形式很多种，为什么非要使用IGBT呢？ 电友B说： 为什么要用igbt当继电器，应用什么场合，半导体器件开关动态特性好，但是静态的不如，不能完全断开有漏电流，导通有饱和压降等等。 电友C说： 土豪，我们可以交个朋友不？我太羡慕你们了！
特斯拉电动汽车三大件（电池、电机、控制）在网上的拆解资料已不少了，电池、电机拆解技术文章与视频相对较多的在此不再详述，还是重点介绍一下电机驱动控制系统。 一、 特斯拉 Model X 与蔚来 ES8 整框架比较 1、Tesla Model X 四驱方案 2、国产四驱方案 二、特斯拉 Model X 电驱动系统 上一代的 Tesla 采用的是后驱大圆桶式的控制器，各大网上阐述的资料较多， 相对体积也较大和复杂，如下图所示： 现在重点讲的是新的一代电驱系统总成，前后驱基本一致只的悬挂上有区 别，新一代电驱系统，它集成了电机、减速器、电控于一体，体积非常紧凑，电 机部分如西瓜般大小，电机功率可达 300KW。电控制部分如下图： 下面就一层层来分解，大体分为三层：第一层为主控制部分，简称控制主板，MCU 采用TI公司的 TMS320F2611P8KO 芯片，为了达到高速运行时快速强大 的运算和处理能力，还使用了一颗 ACTE 的 LA3P125VQG100 芯片配合使用， 确保系统的稳定可靠性，更详细的主板硬件下次单独拆解并出原理图。主板正反面图如下： 第二层为驱动电路部分，简称驱动板。驱动板上电路包括电源转换及驱动电 路，电源部分采用 TDK 变压器，输入电压为 DC/DC 电压 12V；输出三路+15V 和-8V 电压，供三相驱动 IBGT 芯片使用。驱动电路部分，驱动 IGBT 模块采用 INFIEON 的 1ED020I12F/A2 芯片， 驱动电流可达+2A/-2A，一共使用 6 颗芯片。采用推挽输出。 第三层为 IGBT 模块，它采用的是 INFIEON 的单 IGBT，AUIRGPS4067D1， 单个电流可达 160A，一共采用 36 颗芯片，采用水冷装置，左右 6 个孔为水冷 的进出口设计。 再下面部分就是薄膜电容部分，其实也可以算在第三层，因为它的倒扣着与 IGBT 板焊接在一起的，薄膜电容为 TDK 的 220U/650V 的订制电容。 总的来说，特斯拉控制器方案，从设计到装配都非常的紧凑，无论是硬件技 术还是生产工艺，都不乏体现了一个 Elon Musk 战略担当与工匠精神。
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