了解無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制器、一些示例 IC 以及使用此類(lèi)電機(jī)的一些缺點(diǎn)。
       有刷和無(wú)刷直流電機(jī)的快速回顧
    無(wú)刷直流 (BLDC) 電機(jī)與其前身有刷直流電機(jī)相比變得非常流行（見(jiàn)下圖）。顧名思義，“有刷”直流電機(jī)使用電刷和換向器來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)。
    有刷直流電機(jī)使用電刷和換向器

    圖 1.有刷直流電機(jī)使用電刷和換向器。圖片由克萊姆森大學(xué)提供。
    同樣，顧名思義，無(wú)刷直流電機(jī)不使用電刷；電機(jī)運(yùn)動(dòng)由精心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制。與有刷電機(jī)相比，無(wú)刷電機(jī)具有更高的可靠性、更長(zhǎng)的使用壽命、更小的尺寸和更輕的重量。BLDC 電機(jī)在效率至關(guān)重要的應(yīng)用中變得越來(lái)越流行，一般來(lái)說(shuō)，BLDC 電機(jī)被認(rèn)為是一種高性能電機(jī)，能夠在很寬的速度范圍內(nèi)提供大量扭矩。
    一些 BLDC 電機(jī)使用霍爾效應(yīng)傳感器來(lái)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)于電機(jī)定子的位置（參見(jiàn)下面的圖 2）。
    使用霍爾效應(yīng)傳感器的 BLDC 電機(jī)

    圖 2.使用霍爾效應(yīng)傳感器的 BLDC 電機(jī)。圖片由Nidec.com提供。
    其他電機(jī)沒(méi)有傳感器；它們被稱(chēng)為無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)。代替使用霍爾效應(yīng)傳感器來(lái)確定轉(zhuǎn)子的位置和/或速度，采用一種稱(chēng)為反電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象（參見(jiàn)下面的圖 3）。
    使用反電動(dòng)勢(shì)的無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)控制
    圖 3.使用反電動(dòng)勢(shì)的無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)控制。圖片由 Microchip 提供（第 4 頁(yè)）。

    無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)控制
    無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)控制——有時(shí)稱(chēng)為 BLDC 電機(jī)的無(wú)傳感器梯形控制——使用反電動(dòng)勢(shì) (BEMF) 來(lái)確定電機(jī)轉(zhuǎn)子（電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分）相對(duì)于電機(jī)定子（靜止部分）的位置。
    施加在電機(jī)繞組上的電壓迫使電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。然而，轉(zhuǎn)子在電機(jī)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)類(lèi)似于發(fā)電機(jī)的行為，因此電機(jī)不僅接收外加電壓，還產(chǎn)生自己的電壓。該電壓稱(chēng)為反電動(dòng)勢(shì)或反電動(dòng)勢(shì)，它與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。反電動(dòng)勢(shì)可用于確定電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度和位置——不需要傳感器。通過(guò)反電動(dòng)勢(shì)控制電機(jī)不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)；大多數(shù)無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)都使用微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器或?qū)Ｓ?a target="_blank">驅(qū)動(dòng)器 IC 進(jìn)行控制。下圖顯示了一個(gè)典型的無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
    典型的無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)

    圖 4.典型的無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
    Texas Instruments 的DRV10983是一款具有集成功率 MOSFET 的三相無(wú)傳感器電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，能夠提供高達(dá) 2 A 的連續(xù)驅(qū)動(dòng)電流。它高度集成并且需要很少的外部組件。
    TI 的 DRV10983 無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器

    圖 5.TI的 DRV10983 無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器。圖片由 Texas Instruments 提供（第 1 頁(yè)）。
    并非所有無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)控制器都集成了 MOSFET。例如，考慮Allegro 的A4964。這部分需要使用外部N溝道功率MOSFET；它可以與微控制器一起運(yùn)行，也可以作為獨(dú)立的單芯片電機(jī)控制器運(yùn)行。
    Allegro 的 A4964 無(wú)傳感器 BLDC 控制器既可以與微控制器一起運(yùn)行，也可以作為獨(dú)立的電機(jī)控制器運(yùn)行

    圖 6. Allegro 的 A4964 無(wú)傳感器 BLDC 控制器可以與微控制器一起運(yùn)行，也可以作為獨(dú)立的電機(jī)控制器運(yùn)行。圖片取自 A4964數(shù)據(jù)表。
    如前所述，在描述無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)控制器時(shí)有時(shí)會(huì)使用術(shù)語(yǔ)梯形。當(dāng)查看下圖時(shí)，很容易看出原因：電機(jī)三相中每一相的電壓波形均為梯形。
    Microchip 的 AN970 顯示霍爾效應(yīng)傳感器波形和相應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì)梯形波形

    圖 7. Microchip 的 AN970 顯示了霍爾效應(yīng)傳感器波形和相應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì)梯形波形。圖片由 Microchip 提供（第 3 頁(yè)）。
    無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)控制器的缺點(diǎn)
    當(dāng)無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，其無(wú)傳感器方案可以完美工作。然而，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)情況并非如此，這導(dǎo)致我們使用無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)的一個(gè)主要缺點(diǎn)。當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)。如果沒(méi)有反電動(dòng)勢(shì)，驅(qū)動(dòng)電路將缺少正確控制電機(jī)所需的信息。
    對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，德州儀器 (TI) 提供了兩種解決方案，如其 DRV10983 數(shù)據(jù)表（第 17 頁(yè)）中所述：
    使用 DRV10983 的初始位置檢測(cè)(IPD) 功能“根據(jù) BLDC 電機(jī)中經(jīng)常出現(xiàn)的確定性電感變化”確定轉(zhuǎn)子位置。
    或者，使用align-and-go技術(shù)。使用這種方法，在其中一相之間施加電壓以迫使轉(zhuǎn)子進(jìn)行已知對(duì)準(zhǔn)。
    使用無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)的另一個(gè)缺點(diǎn)與反電動(dòng)勢(shì)和角速度之間的關(guān)系有關(guān)。較低的速度意味著較少的反電動(dòng)勢(shì)，因此霍爾效應(yīng) BLDC 電機(jī)在低速應(yīng)用中可能比無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)更有效。