板子外觀(guān) 100*60mm 中等大小。DC 12V 輸入，設計最大電流 10A.（實(shí)際沒(méi)試過(guò)那么大的電機，手頭的電機也就 5 6A 的樣子）硬件上可以切換有感（HALL）和無(wú)感(EMF)兩種模式，外部滑動(dòng)變阻器調速 預留有 PWM 輸入、剎車(chē)、正反轉、USB 和 uart 等接口。

先來(lái)說(shuō)下原理無(wú)刷電機其實(shí)就是直流電機，和傳統的 DC 電機是一樣的，只是把有刷的電滑環(huán)變成了電子換向器。

因為少了電滑環(huán)的摩擦所以壽命靜音方面有了很大的提升，轉速也更高。

當然難點(diǎn)就在如何獲取當前轉子的位置好換相，所以又分為兩種有感和無(wú)感。

有感就是在電機端蓋的部位加裝霍爾傳感器分別相隔 30 度或 60 度。無(wú)感就是靠檢測懸浮相的感應電動(dòng)勢過(guò)零點(diǎn)（后面在細講）。

當然各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，有感在低速方面好，可以頻繁啟停換相。無(wú)感的結構簡(jiǎn)單成本低，航模上應用居多。

先說(shuō)有感，電源首先被分成了 3 個(gè)繞組 U V W 這個(gè)交流電還是有區別的。

它只是 3 個(gè) h 橋按一定的順序導通模擬出來(lái)的，本質(zhì)還是直流電。電機靠 hall 位置按一定順序換相，轉速與電壓電流有關(guān)。這一點(diǎn)切記，不是換的越快轉的越快。（位置決定換相時(shí)刻，電壓決定轉速）一般調速就是調電壓，6 步 pwm 方式是目前常用的。當然后續還有 foc 等更好算法。

硬件部分網(wǎng)上基本都是成熟的方案。三相 H 橋，H 橋一般有上臂 mos 和下臂 mos 組成，如果只是簡(jiǎn)單的做演示上臂選 pmos 下臂選 nmos 控制電路簡(jiǎn)單直接用單片機的 io 就可以驅動(dòng)。但是 pmos 低內阻的價(jià)格高。功率上面很難做大。

這也就是為什么基本所有的商業(yè)控制器全是 nmos 的原因。

但是上臂用 nmos 存在一個(gè)問(wèn)題 vgs 控制電壓大與 vcc 4v 以上才能完全導通。為了簡(jiǎn)化電路采用了 ir 公司出的驅動(dòng) ic，它內部有自舉升壓電路。外部?jì)H需一個(gè)續流的二極管及儲能電容即可。

有感模式控制相對簡(jiǎn)單，3 個(gè)霍爾傳感器輸出一般都是數字信號，分壓后直接接單片機 io。

當然控制方式上也就簡(jiǎn)單很多，三個(gè)霍爾接中斷輸入，在中斷處理程序中根據組合狀態(tài)換相，程序上也沒(méi)什么復雜的。主程序 一直檢測 ad 值，改變 pwm 占空比，及電流保護等。

如下一個(gè)典型的換相代碼。Stm32 有兩個(gè)高級定時(shí)器 tim1 tim8 可以輸出 4 組互補型 pwm，還可以設定死區時(shí)間等，使用上非常方便。

switch(step)
{
case 4: //B+ C-
/* Next step: Step 2 Configuration -------------------------------------- */
TIM_CCxCmd(BLDC_TIMx,TIM_Channel_1,TIM_CCx_Disable);
TIM_CCxNCmd(BLDC_TIMx,TIM_Channel_1,TIM_CCxN_Disable);
}

下圖為 uvw 三相的霍爾檢測到的電平及 w 相的波形。

下圖為 uvw 三相波形及 w 相霍爾電平

下圖為 w 相電平， w 相上臂 on 下臂 pwm ，w 相霍爾信號。

下圖為 w 相 ir2304 芯片輸出，上臂電壓可明顯看到已高于 vcc，下臂為 pwm 信號

在說(shuō)說(shuō)無(wú)感模式，由于沒(méi)有了霍爾，電機無(wú)法知道轉子當前的位置所以就無(wú)法換相，而感應電動(dòng)勢也只有在轉起來(lái)之后才有，所以無(wú)感模式的啟動(dòng)是個(gè)難點(diǎn)。

一般方法都是分三段法：1 預定位 2 啟動(dòng) 3 進(jìn)入閉環(huán)反饋

正如網(wǎng)友說(shuō)的江湖一層紙，戳破不值半文錢(qián)。

1. 預定為就是強制給某一相通電一段時(shí)間，讓電機定位到這個(gè)位置。占空比 30-50%不要太大，可能會(huì )發(fā)熱。

2. 啟動(dòng)，就是逐步的強制換相，當然要有個(gè)加速的過(guò)程，使電機轉起來(lái)。

這個(gè)過(guò)程太慢會(huì )抖動(dòng)反轉，太快會(huì )丟步。參數需要一點(diǎn)點(diǎn)試，有點(diǎn)像控制步進(jìn)電機。要能使電機轉的能產(chǎn)生電動(dòng)勢，我也是參照的德國 MK 電調的算法。

每次延時(shí)時(shí)間比上一次少 1/25，形成一個(gè)加速的過(guò)程，直到電機完全轉起來(lái)產(chǎn)生足夠的電動(dòng)勢。

3. 閉環(huán)反饋控制換相跟有感差不多一樣。

speed_duty=30; //30% start
BLDC_PHASE_CHANGE(Step[Phase]); // 固定一相
Delay_MS(200);

speed_duty=pwm;
timer = 300;
while(1)
{
for(i=0;i<timer; i++)
{
Delay_US(120);   // 等待
}
timer-= timer/25+1;
if(timer < 25)
{   
if(TEST_MANUELL)
{
timer = 25;   // 開(kāi)環(huán)強制換向
}
else
{
bldc_dev.motor_state=RUN;
break;
}    
}
Phase++;
Phase %= 6;
BLDC_PHASE_CHANGE(Step[Phase]); //
}

說(shuō)到感應電動(dòng)勢很多人不明白，先來(lái)說(shuō)說(shuō)電流，電機線(xiàn)圈的內阻通常很小比如 0.2 歐，電機的電壓比如 10v，按理來(lái)說(shuō)電流 100a 為何電機不燒哪？

其實(shí)電機線(xiàn)圈在通電的一瞬間并不是完全導通的，因為有反向電動(dòng)感應勢的存在，可能有 -9.8v。10v-9.8v = 0.2v /0.2 = 1A. 這樣算起來(lái)電流還合理。

在說(shuō)說(shuō)那個(gè)初中學(xué)習的法拉第 ，當線(xiàn)圈切割磁場(chǎng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生感應電動(dòng)勢，根據右手定則。。。。。。。。不懂的自行上網(wǎng)搜。

如下圖當 ac 相在通電 12v 的情況下，靜止狀態(tài)下正中間中性點(diǎn)理論為 6v，但是轉起來(lái)就不一定了，因為 b 相實(shí)際是在切割磁場(chǎng)，是會(huì )產(chǎn)生電動(dòng)勢的。而電動(dòng)勢的大小正負取決與當前在磁場(chǎng) ns 極的位置。當切割 ns 時(shí)為 -1，切割 sn 時(shí)為 1，平行時(shí)為 0.

利用這一特性不就剛好可以獲得轉子的位置嗎？
首先檢測電路網(wǎng)上已經(jīng)一大很成熟了。
如下圖，當然很多時(shí)候需要在 4.7k 對地的電阻上并一個(gè) 100nf 的電容，做一個(gè)低通濾波。也可以在軟件中做濾波處理。

我們所要做的就是檢測這個(gè)懸浮相的電動(dòng)勢過(guò)零點(diǎn)。
網(wǎng)上常用的兩種方法：1 單片機 ad 采集；2 比較器比較。我選擇了比較器 lm339 價(jià)格已經(jīng)很便宜了，在高速上比 ad 有明顯優(yōu)勢，只要比較 cin bin ain 與 n 點(diǎn)的壓差即可獲得零點(diǎn)。

理想很完美，現實(shí)很殘酷，實(shí)際中根本得不到這么完美的波形。
如下圖，這個(gè)已經(jīng)是比較好的了，還是有很多毛刺。這個(gè)給單片機中斷，肯定一大堆問(wèn)題，嚴重的換錯相燒 mos 管。

為什么會(huì )有這些毛刺呢，有些還挺有規律。
參考了網(wǎng)上的介紹，這中間還有一個(gè)叫消磁的東西。

原理不深究了，反正時(shí)間很短，軟件上做一個(gè)濾波消掉就可以了。

進(jìn)入中斷函數后做如下處理 ，定時(shí)器的中斷我暫時(shí)用的 20us。

const unsigned int FilterNums = 0xff;
static unsigned int nums =0;
static unsigned int Queue_UStatus =0;
static unsigned int Queue_VStatus =0;
static unsigned int Queue_WStatus =0;
static unsigned char EMF_SVal =0;
unsigned char Filter_U_Status=0;
unsigned char Filter_V_Status=0;
unsigned char Filter_W_Status=0;
unsigned char EMF_Val=0;
unsigned int status_h;
unsigned int status_l;
unsigned int Delay30deg =0;

/* 清除中斷標志位 */
if ( TIM_GetITStatus(TIM3 , TIM_IT_Update) != RESET )
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM3 , TIM_FLAG_Update);

至于網(wǎng)上說(shuō)檢測到過(guò)零點(diǎn)后，延時(shí) 30 度換相，對電源效率有影響。我試了下，好像沒(méi)什么明顯的差異。也有人說(shuō)在大功率的電機下不延時(shí)反而更平滑等等。真實(shí)怎樣有待各位實(shí)際實(shí)驗了。

最后秀幾張轉起來(lái)的照片

硬盤(pán)電機 無(wú)感模式

電動(dòng)工具電機 有感模式

加裝散熱片的樣子