永磁直流无刷电机（BLDCM）是一种典型的机电一体化电机，除了有普通直流电机调试性能好、调速范围宽和调速方式简单的特点外，还有功率因素高、转动惯量小、运行效率高等优点，特别是由于它不存在机械换相器与电刷，大大的减少了换相火花，机械磨损和机械噪声，使得它在中小功率范围内得到了更加广泛的应用，是电机的主要发展方向之一。 

对于永磁直流无刷电机的控制方式，可以分为两大类：有位置传感器控制方式和无位置传感器控制方式。典型的有位置传感器控制方式是使用霍尔传感器控制方式。无位置传感器控制方式是目前比较广泛使用且较为新颖的一类控制方式，包含有：反电动势控制方法、磁链计算法、状态观测器法和人工神经网络（ANN）控制法等。反电动势控制方法中对驱动桥和电机在外电路过流时的保护极为重要，对软件发生错误动作时负载的保护也提出了较高的要求，本文采用反电动势控制方法，以直流无刷稀土电机为研究对象，设计了两个电流保护模块和一个数字逻辑保护电路，提高了系统工作时的安全性，具有较大的研究意义。

1 控制系统总体设计 

本系统采用PWM反馈控制方式的典型闭环调速系统其中还创新性的加入了逻辑保护电路和两路电流保护电路，控制系统总体设计框图如图1所示。由转速参考值n0与实际转速的反馈值n相比较，得到的偏差送到转速控制器，经过相应的计算后输出控制信号到PWM控制器，PWM控制器则产生三相桥试逆变器主开关的控制信号，然后由主开关完成对永磁无刷直流电机定子电流的通断，并产生平均意义上旋转的定子电枢合成磁势，由定子电枢合成磁势带动永磁体转子旋转，实现了永磁无刷直流电机的自同步控制。 

研究对象永磁直流无刷稀土电机将磁体粘贴到转子铁心表面，组成所谓的隐极式转子结构。其定子三相对称绕组采用整距、集中绕组，无中线引出线，由电机学原理可知反电动势的波形为一梯形波，而且电机中A、B、C三相是对称的，它们的反电动势只在相位上依次落后120度。再考虑到定子每相绕组的反电动势正比于转子角速度，有图2所示关系。 

由此得出反电动势法控制规律的重要结论为：通过测量反电动势获取转子位置信号，并不是测量反电动势大小，而是反电动势的过零点信号，当反电动势出现过零点后再延时30度电度角就是转子电流下一次换相时刻。但反电动势无法直接测量得到，可通过测量电机端电压来间接获取电机反电动势。 

2 系统硬件设计 

该系统硬件电路设计重难点在于驱动逆变电路，转子位置检测电路和电路保护模块三大部分。驱动逆变电路包含驱动芯片和驱动桥式电路两个部分，驱动芯片采用IR2130驱动芯片，它是专用的三相桥式电路驱动芯片，可以直接驱动中小容量的MOSFET、IGBT、MCT等，而且只需一个供电电源，工作频率从几十赫兹到上百千赫兹，内部还设置有过流和欠压保护使得在驱动功率管时更加安全可靠。 

驱动桥式电路常用方案有：三相半桥驱动，电容储能驱动和三相全桥驱动。三相全桥驱动由六只功率管构成三相六臂全控桥，虽然增加了功率开关管的数量，但增大了转矩输出且转矩波动小于三相半桥驱动，复杂性与可靠性上也优于电容储能驱动，而且起动特性和低速平稳性都较好，因此本系统采用此方案。如图3所示，为驱动芯片和驱动桥式电路（只接了一相的上下桥臂）的硬件电路设计。 

转子位置检测电路用于测取电机反电动势过零点信息，从而获得转子位置，而且是通过检测电机的端电压来实现的。电路设计如图4所示。

电机端电压检测共分为A、B、C三相，现以A相为例，先将输入到IR2130的B和C相驱动控制信号PWM B和PWM C通过与非门反相，得到B、C两相上桥臂的PWM驱动信号相与的波形，然后跟单片机输出控制口信号Ctr_A相与。当单片机输出控制口为l时，D触发器时钟端为B、C两相PWM驱动波形相与的信号；当单片机输出口为0时，D触发器时钟端为低电平，封锁D触发器输出，使D触发器输出保持不变，从而通过编写软件控制单片机输出口，使得每个状态，只有一个D触发器开通，且在续流阶段封锁D触发器输出，这样可以很大程度的避免反电动势虚假过零点对零点信息测量的影响。 

电流保护电路包括两个部分。第一部分如图3所示。 

通过R7、R8、R9三个电阻将驱动桥的电压信号采集到IR2130中，一旦外电路发生过流或直通，IR2130内部的电流比较器迅速翻转，故障处理单元输出低电平，封锁驱动输出口，同时引脚FAULT向MCU发出报警信号，由此完成第一部分电流保护功能且要通过软件设计实现具体的功能响应。第二部分电流保护主要针对驱动桥，电路设计如图5所示。

保护电路通过R10于Rll将驱动桥下桥臂的电压采集到LM393的正向输入端，可以和事先设定的Verf进行比较，当驱动桥电流过大时，LM393输出高电平，使得Q1、Q2、Q3都导通，由此降低下桥臂MOS管的栅源电压，达到保护MOS管的目的。 

三相全桥的驱动控制是由MCU通过PWM方式实现的，当软件运行出现错误时，可能会使得同一桥臂的上下两个MOS管同时导通，这将造成短路，极易烧坏MOS管，由此设计了逻辑保护电路模块，使得同一桥臂上下两个MOS管不会出现同时导通的情况。逻辑保护电路输入与输出的逻辑关系如表1所示。 

表1输入输出逻辑关系 

通过表1的逻辑关系，同一桥臂上下桥臂的输入信号互锁，使得不会出现同时导通的情况。硬件电路的连接由表l逻辑关系而定，而且可以通过与非门电路搭建而成，在此不再详述。 

3 系统软件设计 

MCU输出控制信号控制三相全桥驱动逆变电路，在软件实现上可以采用不同的控制规律，常用的控制方式有：三三导通控制方式，两三轮流导通控制方式和1200导通型控制方式。它们在控制性能上相差不大，本系统采用1200导通型控制方式，控制规律为：（1）每隔600换流一次；（2）任何时候只有两只开关器件同时导通；（3）每个开关器件导通1200根据硬件电路的设计和1200导通型控制规律，桥臂与MOS管对应关系为：A上桥臂：Tl，A下桥臂：T4；B上桥臂：T3，B下桥臂：T6；C上桥臂：T5，C下桥臂：T2。各MOS管导通顺序如表2所示。 

表2MOS管导通规律

采用反电动势法控制直流无刷稀土电机，在起动时，由于电机转速很小，无法获得反电动势，因此电机起动顺利完成要通过软件编程实现。常用的起动方式有：外同步驱动起动方式和预定位起动方式。外同步驱动方式指以变频方式同步拖动电机转子旋转，这种起动方式的缺点是转子的旋转方向是不可知的，转子可能顺时针旋转也可能逆时针旋转；另外，如果频率上升太快，电机很容易失步。预定位方式起动是在起动开始时给电机一个确定的通电状态，使转子定位。然后改变电机的通电状态，在电磁力矩的作用下使转子向确定方向转动，在转动过程中把电机切换到无刷电机运行方式。这样，一方面使绕组中具有一定大小的反电势信号，另一方面电动势的相序是固定的而非随机的，保证电机有一个确定的转向，实现电机的顺利起动。 

4 总结 

采用以上分析设计的控制方案控制直流无刷稀土电机，实现了反电动势法无传感器控制方式。同时采用两个电流保护模块，一个从硬件上实现保护，一个从软件方面设计实现保护，使得电机在外电路过流与直通发生时能更好的保护整个控制系统的安全运行，相比较于只采用硬件保护电路或软件保护的反电动势控制方法更加灵活安全。还特别的加入了逻辑保护电路模块使得在软件出现问题时能保护驱动电路和电机的安全。整个系统在分析设计方面还有改进的空间，希望其他读者能从以下方面进行改进。 

（1）更好的解决反电动势虚假过零点问题。     

（2）有待研究更快更好的启动方法。

简述ADC采样积分方式的BLDC方波无感控制的原理的原理，方便大家更好地完成类似的方案设计。1.下面是典型的三相BLDC电机控制框图.三个半桥驱动BLDC无刷电机，检测低边总线电流2.典型的BLDC电机相电流和反电动势波形图分析从2021-11-10 09:36:01745反电动势的危害和简易保护措施机、电感等。通常情况下，只要存在电能与磁能转化的电气设备中，在断电的瞬间，均会有反电动势。在绕线式转子电机中，转子开路电压就是好典型的反电动势反电动势的危害由于不同类2021-10-21 03:06:39334基于AVR单片机的直流无刷电机智能控制系统设计基于AVR单片机的直流无刷电机智能控制系统设计(开关电源技术与设计潘永雄.pdf)-该文档为基于AVR单片机的直流无刷电机智能控制系统设计讲解文档，是一份不错的参考资料，感兴趣的可以看看，，，，，，，，，，，2021-09-24 16:44:024基于AVR单片机的直流无刷电机智能控制系统设计讲解基于AVR单片机的直流无刷电机智能控制系统设计讲解(西工大现代电源技术)-该文档为基于AVR单片机的直流无刷电机智能控制系统设计讲解文档，是一份不错的参考资料，感兴趣的可以看看，，，，，，，，，，，2021-09-24 16:00:152基于矢量控制的永磁同步交流伺服电机控制系统程序基于矢量控制的永磁同步交流伺服电机控制系统程序(电源技术交流)-基于矢量控制的永磁同步交流伺服电机控制系统程序2021-09-23 15:57:216直流无刷电机控制原理直流无刷电机控制原理(通信电源技术规范书)-  直流无刷电机控制原理,一本很经典的书籍，希望对设计直流电机控制的又帮助。2021-09-23 13:28:3358简述电压与电动势之间的区别电动势是一种电子运动的趋势，能够克服导体电阻对电流的阻力，让电荷在闭合的导体回路中起到流动作用。 电压是对一般电路而说的，即某段电路两端的电压，也就单位正电荷，从某点沿电路移到另一点时，电场力所做2021-09-03 17:35:461739电动势和电压之间的区别电动势是一种电子运动的趋势，能够克服导体电阻对电流的阻力，让电荷在闭合的导体回路中起到流动作用。 电压是对一般电路而说的，即某段电路两端的电压，也就单位正电荷，从某点沿电路移到另一点时，电场力所做2021-08-20 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16:39:0530911反电动势的理解_反电动势计算公式_利用反电动势机怎样克服反电动势反电动势是指有反抗电流发生改变的趋势而产生电动势，其本质上属于感应电动势。反电动势一般出现在电磁线圈中，如继电器线圈、电磁阀、接触器线圈、电动机、电感等。2017-08-14 16:41:5712655用多数函数反电动势滤波的无位置传感器BLDC电机控制本文讨论了用数字信号控制器（DSC）上的多数滤波器来控制无刷直流电动机的无传感器技术。该算法利用多数功能数字滤波反电动势（BEMF）。电机的各相的过滤，以确定当整流电机驱动电压。2017-07-20 11:29:3237永磁同步电机控制系统+陈荣着永磁同步电机控制系统+陈荣着著作2017-02-17 15:45:14339交流永磁同步电机介绍及其控制系统设计交流永磁同步电机介绍及其控制系统设计2017-01-20 21:26:487永磁同步电机控制系统永磁同步电机控制系统2017-01-20 21:30:3517永磁同步电机直接转矩控制系统的研究永磁同步电机直接转矩控制系统的研究2017-01-20 21:30:354无刷直流电机反电动势估计方法无刷直流电机反电动势估计方法_刘栋良2016-12-14 13:21:099基于线反电动势的无刷直流电机无位置传感器控制基于线反电动势的无刷直流电机无位置传感器控制_李志强2016-12-17 10:30:296基于反电动势滑模观测器的异步电机矢量控制基于反电动势滑模观测器的异步电机矢量控制_杨淑英2017-01-05 20:15:278超高速永磁无刷电机无位置传感器半闭环启动法超高速永磁无刷电机无位置传感器半闭环启动法_张前2017-01-05 20:07:227直流无刷电机与永磁同步电机区别直流无刷电机与永磁同步电机区别2016-11-10 22:11:3112基于DSP的永磁无刷直流电机弱磁控制系统基于DSP的永磁无刷直流电机弱磁控制系统2016-11-05 00:49:493基于电感法无刷直流电机起动方法的优化设计_陈红锋的位置变化而变化．通过注入３次短时脉冲检测非导通相相电压，实现电机静止时转子位置的定位，利用加速策略使电机加速至能够稳定地检测到反电动势的电压，切换至基于反电动势法的无位置传感器控制。2016-09-16 11:27:1814无位置传感器永磁无刷直流电机控制系统研究无位置传感器永磁无刷直流电机控制系统研究，不错的论文。2016-08-24 10:50:5523反电动势的BLDC控制反电动势的BLDC控制，有需要的朋友下来看看2016-04-14 23:48:36112基于DSP的直流无刷电机控制系统研究基于DSP的直流无刷电机控制系统研究，下来看看2016-04-14 23:49:2510电动汽车用永磁同步电机控制系统研究与设计电动汽车用永磁同步电机控制系统研究与设计2016-04-13 23:30:218永磁直流无刷电机的控制器的研究设计永磁直流无刷电机的控制器的研究设计，有兴趣的同学可以学习2016-03-31 21:21:5022电调原理图及反电动势过零检测无刷电机电调原理图及反电动势过零检测的分析与实现2016-04-03 17:59:33155基于DSP的永磁同步电机交流伺服控制系统基于DSP的永磁同步电机交流伺服控制系统2016-03-28 23:54:0915直流永磁电机控制系统中的应用模糊PID控制器在无刷直流永磁电机控制系统中的应用-2009。2016-03-25 21:21:1615永磁同步电机矢量控制系统永磁同步电机矢量控制系统，可以下来看看。2016-03-30 00:42:0520直流无刷无霍尔电机专用驱动IC_JY02A，JY02A直流无刷电机驱动控制专用IC，内置反电动势检测电路EMF无需外接比较器，IC内集成了电压检测VOD，电流检测iS，缓启动时间调节Stime 等等2015-10-26 19:12:08364用择多函数实现反电动势滤波的无传感器BLDC控制本应用笔记介绍一种用dsPIC数字信号控制器（DSC）来实现无刷直流（Brushless Direct Current， BLDC）电机无传感器控制的算法。该算法利用对反电动势（Back-Electromotive Force，BEMF）进行数字滤波2012-04-11 14:34:4849采用永磁无刷电机的数字位置伺服系统的设计根据永磁无刷电机的工作原理，设计了工业缝纫机数字位置伺服控制系统。该系统以三菱M16C 系列单片机作为核心控制器，采用了电流的预估和模糊PID 控制，实现缝纫机的启动，调速和2011-09-27 14:42:03110反电动法控制永磁无刷直流电机(BLDCM)采用反电动法控制永磁直流无刷电机, 是通过检测反电动势过零点获得转子位置实现无传感器控制。系统在设计时采用了新的过零检测电路, 较之以前的方法更加简单可靠。给出了硬件电2011-09-06 15:15:3071BLDCM直接反电动势转子位置检测控制系统研究结合专用微控制器描述了无刷直流电动机直接反电动势法 转子位置检测 的工作原理，其中包括换相加速退磁问题，然后利用该控制器建立了整个直流变频空调控制系统，进而进行了试2011-08-15 16:02:3750BLDCM反电动势过零检测方法针对传统 直流无刷电动机 控制系统电动机转子位置检测准确度不高的状况，介绍了一种基于DSP的无位置传感器直流无刷电动机控制系统的硬件电路组成和软件结构。通过对无刷直流电2011-06-13 15:38:1286基于CompactRIO的直流无刷电机控制系统为提高机载多光谱扫描仪的集成化程度，提出了一种新型的 直流无刷电机 转速控制系统。该系统基于 CompactRIO （坚固型可重新配置I/O）的嵌入式PID算法，根据电机时序要求，产生PWM波2011-06-08 16:14:0150电源电动势--恒定电流电源电动势--恒定电流2010-10-04 21:13:2332基于DSP的直流无刷电机控制器的硬件设计基于DSP的直流无刷电机控制器的硬件设计随着电力电子技术，新的永磁材料以及具有快速运算能力的DSP（数字信号处理器）的发展，直流无刷电机2009-10-30 07:56:592321基于C8051F005的无刷直流电机控制系统基于C8051F005 的无刷直流电机控制系统:介绍了永磁无刷直流电动机的工作原理,设计了基于C8051F 的电机控制系统。它与传统的控制方式相比具有更快的运算速度和易于实现实时控2009-09-29 09:51:10127基于ST72141芯片的无刷直流电动机控制系统本文介绍一种基于ST72141 专用电机控制芯片的无刷直流电动机控制系统，简述了其自有的反电动势检测原理及实现该系统控制的硬件设计和软件设计。无刷直流电动机由于转子2009-08-13 08:12:0841电阻的噪声电动势电阻器的噪声电动势在一般电路中可不予考虑但在弱信号系统中则不可忽视。电阻器的噪声电动势是由热噪声和电流噪声两部分组成的。线绕电阻器的噪声只限于热噪声，2009-06-15 19:28:311119基于TMS320LF2407 DSP的无刷直流电机控制系统的本文根据无位置传感器无刷直流电动机的原理,采用TMS320LF2407 DSP与IR2130，实现了对无刷直流电机的数字PID控制，并着重对电机的PWM调制方式、IR2130的应用、反电动势过零检测电路2009-05-30 14:34:49109电动势是什么意思？电动势是什么意思？电路中因其他形式的能量转换为电能所引起的电位差，叫做电动势或者简称电势。2009-04-17 10:29:152171电动势负载和有源逆变在工程应用中，相控式整流电路的负载中常包含着直流电动势，如蓄电池、直流电机的电枢回路等。由于电动势的存在，会给各电量的计算带来一些新的问题。下面以单相桥式2009-01-01 20:48:0625直流电机的电枢电动势直流电机的电枢电动势定义：电枢绕组中的感应电动势。一、运行时感应电动势始终存在2008-11-19 16:37:065908什么是互感电动势？互感电动势的大小和方向如何确定？什么是互感电动势？互感电动势的大小和方向如何确定？2008-10-04 15:37:309650什么是电位？什么是电压？什么是电动势?什么是电位？什么是电压？什么是电动势?2008-10-04 14:51:332350一种基于C8051F单片机的直流无刷电机转速控制系统具有梯形反电动势的永磁同步电动机通常被称为无刷直流电动机，它具有结构简单、体积小、重量轻、效率高、高功率密度、启动扭矩大、惯量小和响应快等其它种类直流电机无法2008-08-20 14:39:17176