无刷电机的基本组成单元

通过上期学习，大家已经熟悉了无刷电机的基本驱动原理以及无刷电机运行状态的各种细节，在今天的芝识课堂中跟无刷电机来一次更近距离的接触吧！我们将解构无刷电机，满足大家的好奇！

图1展示了一个典型的无刷电机基本系统，在这个系统中包含了四个功能单元，分别是微控制器（MCU）单元、逆变器电路、电机和位置检测，这四个单元诠释了一个基本无刷电机系统的主要结构和工作状态流程（参考箭头方向）。

图1 无刷电机基本系统结构图

在图1的无刷电机工作流程中，首先是从MCU输出PWM信号作为驱动电机的电压控制逻辑到逆变器，经由逆变器芯片以特定的频率和电压驱动无刷电机（驱动电路是包括逆变器电路在内的所有外围电路的统称）。驱动电路输出的信号传递到电机后即开始整个电机的工作，在电机工作开启后，霍尔传感器用来检测电机转子的位置信息，在无传感器电机中转子的位置则由感应电压检测，检测到的转子位置信息将传送回MCU单元，在MCU单元的控制电路中，最简单的驱动方法是方波驱动。而相较于方波，正弦波驱动方法的效率更高。

另外我们还需要关注几个关键信息

在无刷电机的工作流程中，PWM（脉冲宽度调制）用于控制电机线圈内的电力，通过反复打开和关闭输出来控制输出功率。恒定电压下，以恒定的脉冲周期运行电机，电机线圈中产生的电压取决于电压脉冲的宽度。它利用了半导体的特性，即开关状态的损耗最小，而中间状态的损耗最大。由于PWM控制具有优异的可控性和较高的效率，在逆变电路中得到了广泛的应用。此外，它还可以用于控制直流有刷电机。在逆变电路中，通过周期性地改变PWM控制的打开状态（占空比），可以产生最适合驱动电机的正弦波交流电压。

逆变器是进行功率转换的装置，我们把负责将直流电转换为交流电的设备称为DC-AC逆变器。通常，通过组合AC-DC转换器和DC-AC逆变器来转换指定频率和电压的电路称为逆变电路（逆变器）。电机系统中的逆变器单元通过高效的驱动和平稳的旋转实现宽范围的转速，由于输出电压和输出频率可以任意控制，所以被广泛用于控制交流电机和无刷电机的转速，实现了低功耗、高效率的驱动。

驱动IC是一种驱动电机的逆变电路，其结构如图2所示。例如，一台3相小电机有6个功率元件和6个二极管。功率元件有晶体管、FET、IGBT等。由于实际驱动电机的是大电压、大电流，所以需要一个驱动电路将控制电路的PWM输出转换为高电压、大电流。由于驱动电机的FET和IGBT等功率元件需要12V左右的大驱动电流来驱动，因此需要一个预驱电路。低电压的小功率电机可以在没有预驱电路的情况下驱动。

图2 驱动IC的实际示意

今天的芝识课堂中，我们跟大家一起熟悉了无刷电机的基本组成单元，以及PWM和逆变器单元在电机工作流程中的作用。