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一、直流無刷電機的構成要素

直流無刷電機的正常運行依賴于多個關鍵部件的協同工作，包括直流電源、控制器、電動機以及轉子位置檢測裝置。

直流電源 ：直流電源是整個電機系統能量供給的核心。若輸入為交流電，則必須借助 AC - DC 轉換器將其轉換為直流電，以滿足電機運行所需的直流電源要求。穩定的直流電源是確保電機穩定運行的基礎。

控制器 ：控制器作為電機系統的 “大腦”，承擔著至關重要的控制任務。它主要由開關主電路、驅動電路和控制電路（MCU）三大部分構成。開關主電路通常由 6 個分立功率器件組成，通過上下臂連接電機，實現對電機線圈電流的控制，可選擇的功率器件類型多樣，包括功率晶體管 GTR、功率場效應管 MOSFET、絕緣晶體管 IGBT、可關斷晶閘管等。驅動電路則負責確保功率器件能夠可靠地導通和關斷。控制電路中的 MCU 運行 PWM（脈沖寬度調制）信號，精準決定功率管的開關頻率以及電子換向的時機。

電動機 ：作為將電能轉換為機械能的核心部件，三相無刷直流電機以其卓越的性能在眾多應用場景中備受青睞。其結構和運行特性決定了電機的功率輸出和運行效率。

轉子位置傳感器 ：為了實現電機的高效運轉，必須準確獲取轉子的位置信息。霍爾傳感器作為常見的位置檢測元件，通常在無刷電機中以三個開關型的形式出現，它們在空間上彼此相差 120 電角度，用以測量轉子的位置，并向 MCU 輸出 3 位二進制編碼信號。然而，安裝霍爾傳感器會增加電機的體積和復雜度，對電機的可靠性和制造過程帶來一定挑戰。因此，無霍爾傳感器的無刷電機控制方法逐漸受到廣泛應用。這種無霍爾方案通過檢測定子繞組的反電動勢過零點來確定轉子位置。與傳統霍爾方案相比，其顯著優勢在于降低成本、減小體積，同時使電機引線從 8 根減少至 3 根，極大簡化了接線和調試過程。但需要指出的是，由于缺乏霍爾傳感器的直接檢測，在電機靜止或低速運行時，反電動勢較弱，難以準確獲取轉子位置信號，導致其在靜止或低速啟動時需采用開環方式，容易引發電機振動，這對于負載敏感或負載變化頻繁的場合而言存在一定局限性。

二、直流無刷電機的控制原理

直流無刷電機的控制核心在于依據轉子磁極的位置，對定子線圈實施精確的換向通電。其中，通過 6 個功率器件構成的 3 個半橋來操控線圈的 6 拍通電模式，從而生成旋轉磁場，這一過程是實現電機高效運行的關鍵技術。

在電機運行過程中，A +、B +、C + 代表上臂功率晶體管，而 A -、B -、C - 則為下臂功率晶體管。通過按照特定順序依次導通這 6 只功率晶體管，可以實現電機 A、B、C 三相繞組的循環通電，進而產生驅動電機運轉的旋轉磁場。例如，按照 B + A -、B + C -、A + C -、A + B -、C + B -、C + A - 的順序導通，能夠形成順時針方向的旋轉磁場。若需實現電機反轉，則只需將功率晶體管的開啟順序反過來即可。在此過程中，必須嚴格注意避免同相的上臂和下臂功率管同時導通，否則將導致上下臂短路，可能損壞功率管。

為了調節電機的轉速，可以通過改變線圈繞組兩端的電壓來實現。在電機控制系統中，通常采用單片機生成 PWM（脈沖寬度調制）波形，通過精確控制 PWM 的占空比，從而調節線圈繞組的平均電壓，進而實現對電機轉速的精準調控。PWM 調制方式主要分為全橋調制和半橋調制兩種類型。在 120° 導通期間，若對功率逆變橋的上橋和下橋均采用 PWM 方式驅動，則稱為 “全橋調制”。而如果在 120° 導通期間，僅對功率逆變橋的上橋（或下橋）采用 PWM 方式驅動，而下橋（或上橋）保持恒通，則為 “半橋調制”。

全橋調制模式下，MOS 管的開關頻率大約是半橋調制方式的兩倍，這使得全橋調制的損耗相對較大，因此在實際應用中較少采用。相比之下，半橋調制更為常用，并且根據不同的應用場景和電路需求，半橋調制又衍生出多種方式，如 H - PWM - L - ON（在 120° 導通區間內，上橋臂 MOS 管采用 PWM 調制，下橋臂 MOS 管保持恒通）、H - ON - L - PWM（在 120° 導通區間內，上橋臂 MOS 管恒通，下橋臂 MOS 管采用 PWM 調制）、PWM - ON（前 60° 采用 PWM 調制，后 60° 恒通）、ON - PWM（前 60° 恒通，后 60° 采用 PWM 調制）等。每種調制方式都具有其獨特的特點，因此在實際應用中，需要根據具體的應用場景和電路配置，精心選擇最為合適的控制策略，以實現電機系統的最佳性能表現。