2.无刷控制器

　　有刷电机是靠换向器（也叫整流子）来保证转子（旋转部分）和固定部分的磁场保持连续朝一个方向的吸引力或排斥力。这套换向机构最重要的机件就是电刷，控制器无须改变电流方向，其控制器叫有刷控制器。换向器有触点，是有磨损的。而无刷直流电机本身没有换向器，靠控制器改变电机线圈内部电流方向，同样保证转子和固定部分的磁场，保持连续朝一个方向的吸引力或排斥力。控制器采用晶体管无触点开关，永不磨损，这就是无刷控制器。无刷控制器一般靠霍尔传感器确定转子磁场位置，在恰当时机给相应线圈改换电流方向。位置传感器除霍尔传感器，还有光电传感器等。采用霍尔传感器的无刷电机和无刷控制器之间一般有8条导线连接；三根粗线是线圈引线，5条细线中，一条+5V，一条公共地，三条转子位置信号线。

　　当前市场上，无刷控制器有两大类：一类以单片机为核心，一类以专用芯片MC33035（MC33033）、A3932SEQ、LB11690、MC33039等为核心。

　　（1）采用无刷专用芯片MC33035（MC33033）的控制器

　　MC33035是高性能单片无刷直流电机控制器，该控制器内含可用于正确整流时序的转子位置译码器，以及可对传感器温度进行补偿的参考电平，同时它还具有一个频率可编程的锯齿波振荡器、一个误差信号放大器、一个脉冲调制比较器、三个集电极开路驱动输出和三个非常适用于驱动功率场效应管（MOSFET）的大电流图腾柱式底部输出器。此外，MC33035还有欠压锁定功能，同时带有可选时间延迟锁存关断模式的逐周限流特性以及内部热关断等特性。其典型的电机控制功能包括开环速度、正向或反向、以及运行使能等。MC33035有多种封装，下面介绍24脚双向直列（DIP）封装的管脚排列及功能定义。

　　①、②、（24）脚为BT、AT、CT三个集电极开路驱动输出，用于驱动外部功率开关管。③脚为Fwd/Rev正向/反向输入，用于改变电机转向。（④、⑤、⑥脚为SA、SB、SC三个传感器输入，用于控制整流序列。输入逻辑0定义为小于85mV，逻辑1为高于115mV。MC33035内部的转子位置译码器主要用于监控三个传感器输入，以便系统能够正确提供高端和低端驱动输入的正确时序。传感器输入可直接与集电极开路型霍尔效应开关或光电耦合器相连。此外，该电路还内含上拉电阻，其输入门限典型值为2.2V的TTL兼容电平。⑦脚为Output Enable输出使能，高电平有效。该脚为高电平时，可使电机转动。⑧脚为Reference Output参考电压输出，为振荡器定时电容CT提供充电电流，并为误差放大器提供参考电压，也可以向传感器提供电源。⑨脚为Current Sense Noninverting Input电流检测同相输入。在一个给定的振荡器周期中，一个相对于管脚⒂为100mV的信号可中止输出开关导通。通常此脚连接到电流检测的上端。⑩脚为Oscillator振荡器引脚，振荡频率由定时元件RT和CT所选择的参数值决定。⑾脚为Error Amp Nominverting Input误差信号放大器同相输入端。通常连接到霍尔速度控制器上。⑿脚为Error Amp Noninverting Input误差信号放大器反相输入端。在开环应用情况下，此输入通常连接到误差放大器输出端。⒀脚为Error Amp Out/PWM Input误差放大器输出/PWM输入。在闭环应用情况下，此脚用作补偿。⒁脚为Fault Output故障输出端。当下列的任一或多个条件满足时，集电极开路输出端被触发而变为低；无效的传感器输入码，电流检测超过100mV，低电压锁定或热关断。⒂脚为Current Sense Inverting Input电流检测反相输入端。用于给内部100mV门限电压提供参考地，该管脚通常连接到电流检测电阻的底端。⒃脚为Gnd，该脚用于为控制电路提供一个分离的接地点，并可作为参考返回到电源地。⒄脚为Vcc正电源。Vcc在10V～30V的范围内，控制器均可正常工作。⒅脚为Vcc底部驱动输出的高端电压是由该脚提供的。工作范围从10V～30V。⒆珍、⒇、（21）脚为CB、BB、AB这三个图腾柱式底部驱动输出，被设计用于直接驱动外部底部功率开关管。（22）脚为60°/120°Select，此管脚的电气状态可决定控制电路是工作在60°（高电平状态）还是120°（低电平状态）的传感器电气相位输入状态下。（23）脚为Brake输出使能，该管脚为低时允许马达运行，为高时马达运行停止。

　　读者可以查到芯片厂家给出的无刷控制器典型应用图。图中在无刷电机和MC33035之间，仅有个驱动电路的方框，没有具体电路，一般认为是典型三相桥式输出电路，上管为双极型三极管，下管为VDMOS场效应管。也有人认为上管为P沟道场效应管，下管为N沟道场效应管。由于大功率P沟道场效应管价格昂贵，限制了应用。国内在三相桥式输出电路中，上管、下管全部采用VDMOS场效应管，驱动有的采用IR2103（驱动一相），有的用IR2130（驱动三相，但价格昂贵）。有的采用分立元件，由此派生出了几种版本。

　　关键问题是，在上管导通时，漏极和源极电位近似等于电源正极电位，要保持上管导通，必须使上管栅极电位高于电源正极电位12V左右。IR2103和IR2130 比较简单，通过外接一只隔离二极管和一只自举电容就解决了。当下管导通上管截止时，隔离二极管导通，自举电容充电，两端电压接近电源电压；当下管截止上管导通时，隔离二极管截止，自举电容储存的电荷给上管栅极供电，电位大大高于电源正极电位，使上管保持导通。

　　图10是一个24V电动自行车用无刷控制器电路。图中三只接在VCC和VB之间的二极管为隔离二极管，接在VB和VS之间的电容为自举电容。