直流無刷電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是比較復(fù)雜的，網(wǎng)上這方面資料也是比較多的。這里主要簡單說下這個硬件基本電路設(shè)計吧。

以三相無刷電機(jī)為例，見下兩圖：

Figure1 一般簡化的結(jié)構(gòu)圖

這里轉(zhuǎn)子是永久磁體，這里簡化是一個極對，實際上可能會是2對或者3對，更多都可能，見下圖。定子是三相繞組均勻分布，ABC三相簡化為右圖的結(jié)構(gòu)。

Figure2 轉(zhuǎn)子磁體橫截面

Figure3 轉(zhuǎn)子運行的磁場受力矢量分析

Figure4 直流無刷電機(jī)的截面

設(shè)計這樣的一款小功率直流無刷電機(jī)硬件主要就是功率驅(qū)動、檢測轉(zhuǎn)換、控制策略。電源部分最好可以使用幾個大點電解電容，儲能濾波都會好些，因為電機(jī)啟動時需要比較大的電流。

Figure5 MOS驅(qū)動電路

TIM_CH3和TIM_CH3N在STM32F1系列MCU里面是高級定時器的互補(bǔ)輸出通道，互補(bǔ)在這里主要是避免上下臂控制同時為高，導(dǎo)致上下MOS同時導(dǎo)通，則+24V和GND1直接導(dǎo)通（就是短路），會直接損壞器件。如果MCU沒有互補(bǔ)輸出引腳，可以經(jīng)過邏輯否后，也可以實現(xiàn)一高一低的輸出。

D1和C2是一個自舉電路，為了驅(qū)動Q5和Q6，其實這個主要是用來驅(qū)動Q5。因為NMOS的VGS是正電壓驅(qū)動，Q6的S端是經(jīng)過0.05R到GND1，所以Q6是可以直接被15V驅(qū)動到飽和的；Q5的A點驅(qū)動前可以假設(shè)是懸空的（也可以認(rèn)為是經(jīng)過電機(jī)的繞組，再經(jīng)過0.05R到GND1，再經(jīng)過0.05R到GND，這樣的一個回流），看下圖IR2101S內(nèi)部符號圖，如果加上一個儲能電容，和一個二極管，可以理解為是一個典型的開關(guān)全導(dǎo)通的boost電路，至少保證電容上面的電壓足以驅(qū)動Q5的VGS。MOS的GS端可以接上一個10K電阻，G端可以是再并上一個快速放電二極管串上一個33電阻，安規(guī)處理可以再接上一個穩(wěn)壓管等等。

Figure6 IR2101S內(nèi)部符號圖

Figure7 電流轉(zhuǎn)換電路

經(jīng)過電流的采樣后，IA * 0.05R得到VA，經(jīng)過差分的走向后，再經(jīng)過同相加法運算求解出對應(yīng)的輸出電壓。VREF為3.3V的一半，1.65V后跟隨器輸出。

見下圖解析，R1、R3、R5和R2、R4、R6是平衡電阻，達(dá)到電路的相互平衡和PCB走線有些共模干擾信號會相互抵消，VF1可以使用疊加定理（獨立電源代入再整合求解），這里以更簡單方法（高電位-低電位）*電阻比值+低電位，VF1 =（1.65-0.2）*2/12+0.2 = 0.4416V。VF2 = (1+(R5/R1//R2))*VF1=6*0.4416=2.65v。整合簡易的電路，VF2=[(1.65-0.05IA)/6 + 0.05IA]*6=1.65+(0.25/6)IA的公式。根據(jù)公式當(dāng)電流大的了，VF2的電壓比較大，會損壞控制芯片引腳，所以這個電路需要修改的，還有就是在后級加個BAV70、BAV99這些保護(hù)器件更好些。

Figure8 電流轉(zhuǎn)換電路仿真（軟件tinati）

下面是無感直接電機(jī)一個反電動勢的阻值分壓和比較電路。MITTLE為中間電位，不需要過于研究電位實際大小，基本上確定Vemf>MITTER >0V，足夠比較器比較輸出高和低到MCU。最后兩個圖是對應(yīng)的運行過程，對比下就好了，推導(dǎo)一遍，把原理搞定，剩下要搞下軟件和算法。待軟件技術(shù)提高了，后續(xù)相關(guān)篇章再出吧。

Figure9 無感的EMF比較電路

Figure10 無刷電機(jī)運行信號變化過程

Figure11 無刷電機(jī)運行信號變化過程對應(yīng)的機(jī)械控制