針對吸塵器行業同時存在有刷直流電機與無刷BLDC電機的現狀，本文提出一套硬件兼容型驅動方案，可通過跳線/配置切換驅動有刷馬達與三相BLDC馬達。系統以單顆MCU為控制核心，采用復用型功率拓撲、統一電源架構、兼容式檢測與保護電路，在最小硬件改動下實現兩類馬達驅動，大幅降低研發、備貨與維護成本。文章重點闡述主功率電路、電源電路、采樣電路、保護電路及接口兼容設計方法，給出工程實現要點。實測表明，該方案可穩定驅動18V/200W以內吸塵器馬達，效率高、保護完善、EMC性能滿足家電標準，適用于多機型共用平臺。 吸塵器市場中，低成本有刷電機與高效BLDC電機長期并存。傳統方案采用兩套獨立硬件，開發周期長、BOM繁雜、生產管理成本高。因此，設計一套有刷/BLDC硬件兼容的驅動系統，對企業平臺化、系列化開發具有重要工程價值。 14.4~21.6V鋰電池供電、額定電流≤15A的便攜式吸塵器為應用對象，提出單PCB、單MCU、功率級復用的硬件架構，通過最小化外圍器件實現兩類馬達驅動兼容，同時保證效率、可靠性與EMC性能。 2 系統總體架構 系統采用模塊化、可配置硬件架構，主要包括： - 電源轉換電路（共用） - 主功率驅動電路（可配置為H橋/三相全橋） - 電流/電壓采樣電路（共用） - 位置/轉速檢測電路（兼容切換） - 保護電路（過流、過溫、欠壓、堵轉共用） - MCU控制核心（共用，程序區分模式） 通過**0Ω電阻、跳線帽或軟件配置IO，可在生產或整機裝配時設定為： 1. 有刷模式：正反轉+調速 2. BLDC模式：方波六步換向/FOC無感驅動 整體體積小、散熱設計統一，可直接兼容吸塵器結構安裝。

3 關鍵硬件電路設計

3.1 主功率兼容電路設計 為實現有刷/BLDC共用，功率級采用6管三相全橋拓撲，通過接線方式切換工作模式： - BLDC模式：6管構成三相全橋，驅動U、V、W三相繞組； - 有刷模式：使用同側半橋構成H橋，實現正反轉與PWM調速。 功率器件選用40V/60V等級、低導通電阻MOSFET，Rds(on)≤5mΩ，滿足大電流、低損耗需求。 柵極驅動采用半橋驅動芯片，支持自舉升壓，上下橋獨立使能，可靈活分配驅動信號。 驅動芯片供電為12V，MCU為3.3V，死區時間硬件固定，避免直通。 該拓撲無需改動PCB，僅通過接線定義即可切換，實現硬件最大化復用。

3.2 共用電源電路設計 電源系統完全共用，分為兩級： 1. 母線電源：電池直接供給功率級，輸入端配置TVS管+電解電容+高頻瓷片電容+共模電感，抑制浪涌與EMI； 2. 輔助電源：采用同步降壓DC/DC將電池電壓轉為12V，供驅動芯片；再經LDO輸出3.3V供MCU與采樣電路。 電源靜態功耗低、紋波小，保證兩種模式下系統穩定工作。

3.3 電流采樣與檢測兼容設計 采用單電阻/雙電阻采樣復用方案： - BLDC模式：下橋臂單電阻采樣重構三相電流； - 有刷模式：直接采樣母線總電流。 采樣電阻為0.01Ω合金電阻，信號經運算放大器放大送入MCU ADC。 電流檢測范圍0~20A，響應速度快，同時支持硬件過流比較器，實現μs級快速關斷。 轉速檢測同樣兼容： - 有刷：通過電樞電流紋波或外置霍爾測速； - BLDC：反電動勢過零檢測或內置霍爾位置信號。

4 共用保護系統設計 保護電路硬件完全共用，提升可靠性： 1. 過流保護：硬件比較器觸發，響應＜5μs，防止MOSFET擊穿； 2. 過溫保護：NTC貼裝在功率管附近，85℃降額、105℃關斷輸出； 3. 欠壓保護：檢測電池電壓，低于11V禁止啟動，防止電池過放； 4. 堵轉/卡死保護：兩種模式下均通過電流與轉速判斷，300ms無反饋立即停機。 保護機制不依賴模式切換，實現硬件級安全兜底，顯著提升整機壽命。

5 PCB與EMC設計要點 為兼容兩種馬達干擾特性，PCB遵循以下原則： - 功率回路短、寬、直，減小寄生電感與尖峰； - 數字地、模擬地、功率地分區單點連接，抑制地噪聲； - 功率線與信號線隔離，PWM線包地處理； - 輸入配置共模電感+X電容，滿足GB/T 4343.1家電EMC要求。 散熱采用大面積覆銅與厚銅設計，保證有刷大電流工況與BLDC高頻率工況均不過熱。

6 方案特點與測試結果 6.1 核心優勢 - 一套硬件兼容兩類馬達，大幅降低研發與模具成本； - 功率、電源、采樣、保護高度復用，BOM精簡； - 保護完善、EMC達標，適合吸塵器批量生產； - 可通過軟件快速切換功能，便于多檔位、多機型擴展。 6.2 實測性能 - 輸入電壓：14.4~21.6V - 持續輸出電流：12A，峰值20A - 有刷模式效率：≥82% - BLDC模式效率：≥90% - 過流、過溫、欠壓保護響應迅速、動作可靠 - EMC傳導與輻射均滿足家用吸塵器標準

7吸塵器馬達驅動板系統硬件電路（有刷/BLDC兼容方案），通過統一架構、功率復用、檢測共用、保護一體化，實現了單硬件平臺驅動兩類電機。方案具有成本低、通用性強、可靠性高、易于量產等特點，非常適合吸塵器企業進行平臺化、系列化開發。 在硬件不變的前提下，僅通過接線與軟件配置即可適配不同機型，有效縮短開發周期、降低庫存壓力，具有較強的工程應用價值與推廣意義。

審核編輯 黃宇