作為電機行業的“新人”
， 無刷電機是實至名歸的後起之秀，以狂浪之勢湧入醫療，工業控製


，消費電子和汽車電子等高精度控製行業，“無刷“是不是未來電機行業的發展趨勢？本文以案例的形式扒一扒無刷電機那些事！

一、直流無刷電機介紹

隨sui著zhe電dian力li電dian子zi的de發fa展zhan和he新xin型xing永yong磁ci材cai料liao的de出chu現xian，無wu刷shua直zhi流liu電dian機ji得de到dao了le迅xun速su發fa展zhan，無wu刷shua直zhi流liu電dian機ji通tong過guo電dian子zi器qi件jian實shi現xian了le電dian機ji的de換huan相xiang，取qu代dai了le傳chuan統tong的de機ji械xie電dian刷shua和he換huan相xiang器qi。其qi由you電dian動dong機ji主zhu體ti和he驅qu動dong器qi組zu成cheng，是shi一yi種zhong典dian型xing的de機ji電dian一yi體ti化hua產chan品pin。 電dian動dong機ji的de定ding子zi繞rao組zu多duo做zuo成cheng三san相xiang對dui稱cheng星xing形xing接jie法fa
，同tong三san相xiang異yi步bu電dian動dong機ji十shi分fen相xiang似si。電dian動dong機ji的de轉zhuan子zi上shang粘zhan有you已yi充chong磁ci的de永yong磁ci體ti，為wei了le檢jian測ce電dian動dong機ji轉zhuan子zi的de極ji性xing，在zai電dian動dong機ji內nei裝zhuang有you位wei置zhi傳感器。驅動器由功率電子器件和集成電路等構成，其功能是：接受電動機的啟動

、停止

、製動信號，以控製電動機的啟動、停止和製動
；接受位置傳感器信號和正反轉信號，用來控製逆變橋各功率管的通斷，產生連續轉矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控製和調整轉速；提供保護和顯示等。無刷電機憑借噪聲低、壽命長、轉速高
、體積小
、動態性能好、輸出力矩大、設計簡便等特點
，在醫療、工業控製
、消費電子
、電動工具、電動車等領域廣泛應用。


二、無刷電機的工作原理

首先
，看一下無刷電機驅動器的框圖，如下：


有上圖可知，MCU通過配置寄存器輸出六路PWM隻是控製信號，其最高電壓也隻有5V，不能直接驅動電機，而是通過控製功率管的開關來使電機運行
，驅動電路一般是由多個MOSFET組(zu)成(cheng)的(de)驅(qu)動(dong)橋(qiao)和(he)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)橋(qiao)功(gong)率(lv)管(guan)構(gou)成(cheng)。無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)的(de)換(huan)向(xiang)是(shi)換(huan)相(xiang)是(shi)依(yi)靠(kao)轉(zhuan)子(zi)位(wei)置(zhi)的(de)檢(jian)測(ce)進(jin)行(xing)的(de)，其(qi)中(zhong)有(you)感(gan)驅(qu)動(dong)方(fang)式(shi)是(shi)利(li)用(yong)霍(huo)爾(er)傳(chuan)感(gan)器(qi)檢(jian)測(ce)轉(zhuan)子(zi)位(wei)置(zhi)的(de)
，無(wu)感(gan)驅(qu)動(dong)方(fang)式(shi)是(shi)通(tong)過(guo)檢(jian)測(ce)和(he)計(ji)算(suan)無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)轉(zhuan)動(dong)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)電(dian)流(liu)、電壓等參數變化，推測轉子位置，進而進行換相的。

換向原理

無刷電機內部安裝有霍爾傳感器，其可以根據轉子不同位置時的不同磁場方向分布情況，而給出1或0的輸出信號，三個傳感器均勻安裝，在360度的電角度上發生6次翻轉電平，每次相差60度du電dian角jiao度du，根gen據ju三san個ge傳chuan感gan器qi的de信xin號hao編bian碼ma測ce出chu轉zhuan子zi的de位wei置zhi，這zhe就jiu是shi常chang用yong的de有you感gan驅qu動dong方fang式shi。另ling外wai
，無wu感gan驅qu動dong方fang式shi是shi通tong過guo檢jian測ce和he計ji算suan無wu刷shua電dian機ji轉zhuan動dong過guo程cheng中zhong的de電dian流liu、電壓等參數變化，推測轉子位置，進而進行換相的。

驅動電路工作原理

圖中Q1到Q6為功率場效應管，當需要AB相導通時，隻需要打開Q1， Q4管，而使其他管保持截止。此時，電流的流經途徑為：正極→Q1→線圈A→繞組B→Q4→負極。MCU給Q1的柵極是PWM信號
，而給Q4的柵極是常開信號，這樣你就可以通過控製Q1輸入端的PWM信號占空比來控製驅動電機的有效電壓。其他五步換向導通也是這樣。實測各相波形如下：


三、ZDS4054Plus的實測應用與分析

針對上述無刷電機驅動器的PWM信號分析，ZDS4054Plus示波器又有哪些新的測試體驗呢？

512Mpts大數椐存儲

針對案例中無刷電機的驅動電壓
，工程師在觀察PWM信號時
，若信號中出現異常
，則難以通過觸發方式觸發，需要在大時基下，通過縮放模式分析包絡內的信號，（在縮放窗口觀察波形細節）
，PWM信號頻率幾十K以上，需要保證較高的采樣率，同時PWM信號還伴隨有電流
、編碼器等載波信號，需要多個通道分別觀察，從波形時間、采樣率、多通道三方麵看
，都需要大存儲。圖1為無刷電機PWM驅動信號，在存儲深度設為350M時，捕獲7S的波形，采樣率依然高達50M Sa/s，保證了波形不失真。由公式：存儲深度=波形時間*采樣率可知
，ZDS4000係列示波器標配512Mpts存儲深度，保證在捕獲長時間波形同時保持高采樣率。


如上圖
，在捕獲較長時間的波形後
，如何對PWMqudongxinhaohuoyichangxinhaojinxingfenxine？lingwai，zaigongyesifuyingyongfangmian，zaibutongdegongkuangxia，zaiqiehuanbutongfuzaideshihou，duiyingbutongshijiandequdongqiboxingbianhuahuochuyichangxinhao
，zhenggefuzaiqiehuandaowendingdeguochengshijianjiaochang
，yexuyaozaidacunchushenduxia
，guankanboxingxijie
，zhenduishangshuqingkuang，ZDS4000係列示波器在保證大存儲深度的情況下，支持雙ZOOM縮放模式，可以為兩個縮放窗口分別設置係數
，配合智能標注功能，對任意處感興趣的信號進行標注。圖中為對PWM驅動信號，主時基內的波形在兩個ZOOM窗口分別放大

，ZOOM1為PWM周期信號，ZOOM2為PWM某一尖峰的振蕩波形
，在大存儲深度的保證下，采樣率50M Sa/s
，保證了波形細節的真實性。同時
，配合智能標注功能，如在主時基上做一標注，在ZOOM1、ZOOM2上能夠快速找到標注點，可看到ZOOM1中標注點——PWM的第3個尖峰，在ZOOM2中可查看到尖峰的振蕩情況及幅值。


四
、總結

ZDS4000係列數椐挖掘型示波器
，憑借512M深存儲
、雙ZOOM模式、模板觸發、FIR硬件濾波和智能標定等功能，能夠快速、真實定位分析無刷電機驅動器的異常波形，為無刷電機行業的波形調試提供完美解決方案！




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