無刷直流電機的梯形控制

構成驅動電機的三相逆變器的MOSFET具有六種開/關狀態組合，從而在轉子磁場的旋轉平面內產生六種可能的定子磁場方向。因此，該方法也稱為六步法或120°塊換向。根據電機的所需旋轉方向，六種可能的逆變器狀態必須遵循特定的順序，以便定子和轉子磁場方向布置產生最大轉矩。轉子位置反饋通常通過安裝在電機上的霍爾傳感器(有傳感器)或通過在旋轉時(無傳感器)感測電機相位的反電動勢來實現，從而確定適當的換向時序。

圖1：霍爾傳感器換向時序圖

有傳感器式梯形控制不需要任何電壓或電流反饋信號即可運行。它使用來自霍爾傳感器的位置反饋來確定為電機各相位通電的正確順序。安裝在電機上的霍爾傳感器通過轉子永磁體旋轉磁場產生的霍爾效應來感測轉子位置。即使在啟動時，也可以進行適當的換向，因為即使在零速下，轉子位置信息也存在。

圖2：有傳感器式電機梯形控制系統框圖

無傳感器的梯形控制使用電機旋轉產生的反電動勢來確定適當的電機換向順序。對于梯形控制，一次只能通電兩個電機相位。由于非通電相位中沒有電流流動，因此此時可以直接感測反電動勢。在非通電階段，反電動勢呈線性增加或減少。大多數用于梯形控制的反電動勢位置反饋技術都依賴于涉及反電動勢過零檢測(ZCD)的方法。監測反電動勢，以確定它何時越過參考點——電機中性電壓或直流總線電壓的一半。

圖3：無傳感器的電機梯形控制系統框圖

雖然有傳感器的梯形控制更容易實施，但由于在電機中安裝了霍爾傳感器，需要增加成本，還需要從電機進行更多布線，這在某些環境中不太可行。無傳感器控制更為復雜，必須針對特定負載或工作條件進行調整，且在重載下可能難以啟動。不過，無傳感器控制非常適合已知負載曲線或負載隨速度增加的應用如風扇。

在為您的應用考慮BLDC電機控制設計時，您還需要考慮一些關鍵設計因素，包括：

◆ 過流保護(以下簡稱“OCP”)——硬件、軟件或兩者都可實現OCP，以限制電流和緩解硬故障。

◆過壓保護(OVP)——硬件、軟件或兩者均可保護電機免受破壞性電壓的影響。

◆過溫保護(OTP)——監測逆變器中的MOSFET工作溫度非常重要，尤其是在溫度范圍較寬的環境中。

◆MOSFET選擇—安森美(onsemi)全面的高能效屏蔽柵溝槽型MOSFET產品組合可根據您的特定設計要求進行定制，以實現電機控制系統的卓越性能。

高度集成的電機控制方案可實現節能。梯形BLDC控制的優點包括控制算法簡單、效率高，電機簡單，可實現長的使用壽命和更低的運營成本。梯形控制與基本保護和設計技術相結合，提高電機的控制和精度，是驅動電動工具和機器人電機的最高效方法之一。