永磁无刷直流电动机开关管 导通顺序
BLDC反电势过零点检测方法
c ba E EE LLL RRR 2 cbc D V VVV b I2WS a I 1 D V C 1WS D D V N G
本设计采用高压侧功率管调制方 式，而低压侧只是在电机换相时 导通或关断，不导通相得反电动 势可以在PWM高电平和相电流 续流阶段中被检测出来。如图所 示，在一个PWM调制周期中， 当PWM信号为低电平相电流处 于续流状态时，高压侧功率管 SW1关断，相电流经由功率管中 集成的续流二极管VD1，在A相 和B相绕组中续流。在这个续流 阶段中，不导通相端电压同样可 以检测出反电动势的过零点。
DC Motor, BLDC)是一种典型
的机电一体化产品，它是由电
直
动机本体、逆变器、位置检测
流 无
器和控制器组成的自同步电动
刷 电
机系统，其结构原理图如图所
动
示。位置检测器检测转子位置
机
信号，控制器对转子位置信号
进行逻辑处理并产生相应的开
关信号，开关信号以一定的顺
序触发逆变器中的功率开关器
件，将电源功率以一定的逻辑
永磁无刷直流电机最常用的主 电路为星形连接三相桥式主电路， 这种电路主要有两种导通方式：二 二导通方式和三三导通方式。
二二导通方式是指每一瞬间有 两个功率管导通，每隔1/6周期（60° 电角度）换相一次，每次换相一个 功率管，桥臂之间左右互换，每个 功率管导通120°电角度。
三三导通方式是在任一瞬间使 三个开关管同时导通，同样每隔60° 电角度换相一次，每次换相一个功 率管，但换相发生在同一桥臂上下 管之间，因而每个功率管导通180° 电角度。
mounted Permanent Magnet Machine,SMPM)。
永磁体
面贴式
内埋式
永磁无刷直流电动机转 子结构型式
除了上述基本结构外，还有一种外 转子式结构，即带有永磁极的转子 在外面，嵌有绕组的定子在里面。 电机运行时，外转子旋转。这种结 构主要用于电动车的驱动。
无刷直流电动机的基本工作原理
关系分配给定子各相绕组，使
电动机产生持续不断的转矩。
电动机本体
电子开关线路 路
位置传感器
主定子
主转子
功率逻辑开关
传感器定子
位置信号处理
传感器转子
无刷直Байду номын сангаас电机组成框图
电机本体
铁心
永磁无刷直流电动机的转子利 用永磁体形成主磁极，常见的 转子结构如图所示。面贴式结 构是在铁心外面粘贴上瓦片形 永磁体，具有结构简单制造成 本低的特点，但在高速时永磁 体易被离心力甩出，所以多用 于低速电机。具有这种转子的 电机称为面贴式电机(Surface-
无位置传感器控制系统总体结构
系统框图
一个典型的 DSP 最小系 统如图所示，包括DSP芯 片、 电源电路、 复位电 路、 时钟电路及J TA G 接口电路。考虑到与 PC 通信的需要，最小系统一 般还需增添串口通信电路
。
JATG电路
复位
DSP TMS320F2812
时钟电路
电源电路
串口通信
DSP系统一般都采用多电源系统 ,电源及复 位电路的设计对于系统性能有重要影响。 TMS320F2812 是一个较低功耗芯片 ,核电 压为 1. 8V , IO 电压为 3. 3V。本文采用 TI 公司的 TPS767D318 电源芯片。该芯片属 于线性降压型 DC/ DC 变换芯片 ,可以由 5V 电源同时产生两种不同的电压( 3. 3V、 1. 8V 或 2. 5V ) ,其 最 大 输 出 电 流 为 1000mA ,可以同时满足一片 DSP 芯片和少 量外围电路的供电需要 ,该芯片自带电源监 控及复位管理功能 ,可以方便地实现电源及 复位电路设计。复位电路原理图如图所示 。
BLDC运行时三相端电压 电路
图中所示为所设计的无位置传 感器控制系统总体结构。其中 ，经限幅电路输出的三个反电 动势信号经过过零比较器，输 入到控制器中，由控制器判断 出过零点，进过DSP内部控制算 法后输出6路PWM信号给三相逆 变桥，对无刷直流电机进行换 相和调速，从而可以进行相应 的换相控制。
直流无刷电机转速 控制电路设计
导 师:沈小林 答辩人:崔晓江 学号:0805054119
论文框架
1 研究背景和意义 2 研究内容 3 设计主要内容 4 总结
研究背景和意义
一个多世纪以来，电机作为电能量转换装置，其应用范围已遍及国 民经济的各个领域以及人们的日常生活中。电机的主要类型有同步电机、 异步电机与直流电机三种。直流电机具有运行效率高和调速性能好等诸 多优点，因此被广泛应用于各种调速系统中，但传统的有刷直流电机均 以机械换相方法进行换相，存在相对的机械摩擦，因此带来噪声、火花、 无线电干扰及寿命等致命弱点，从而大大地限制了它的应用范围。而相 比有刷直流电机，无刷直流电机的结构是以电力电子电路取代传统有刷 直流电机的电刷，故其既具有有刷直流电机运行效率高、运行性能好等 优点，又具有交流电机运行结构简单、运行可靠、维护方便等优点。目 前，随着半导体技术的快速进步与永磁材料的新发现，高性能、低成本 的永磁无刷直流电机已成为调速领域的领军力量，它具有巨大的开发潜 质和广阔的应用前景。
永磁无刷直流电动机工作原理 示意图
无刷直流电动机开关管导通顺序
管 Θ Θ Θ 通 导 6,5 c E 5,4 4,3 b E 3,2 c a I 2,1 I a b I E 1,6
通过检测定子绕组未导通相的反电 势过零点来确定转子的位置，以便 发出相应的切换信号。主电路为三 相桥式全控星形连接的无刷直流电 动机的等效电路，在二二导通方式 下，各导通管脚、绕组电流及反电 势波形如图所示。在图中我们看到 ，功率管的切换发生在反电势过零 后延迟30°的地方。因此，只要检测 出了反电势过零点，就能正确进行 功率管的切换。
研究内容
针对小功率直流无刷电机的控制 要求，设计以嵌入式处理器为核心 的驱动控制系统，要求能够对电机 的转速进行控制，并能够将实时转 速通过显示装置显示。
要求充分了解PWM控制电机的原 理、嵌入式处理器原理以及相关接 口及供电技术，掌握数码显示原理 及接口设计。
无刷直流电机的结构和工作原理
永磁无刷直流电动机(Brushless
机 电 刷 CDLB 无 路 电 路 压 流 路 随 电 电 电 直 跟 较 零 幅 压 比 过 限 电 5 2 D D 5 2 TBGIQTBGI Q 3 6 D D 路电离 隔 电光 63 TBGIQTBGIQ 路 1 4 电 D D 关 41 TBGIQTBGIQ 开 子 器 电 制 控 源 电 -+ 流 直