無刷直流電動機 (BLDC)，也稱為電子換向電動機（ECM、EC 電動機）或同步直流電動機，是由直流電通過逆變器或開關電源供電的同步電動機，該同步電動機會產生交流電流來驅動各相通過閉環控制器控制電機。控制器向控制電機速度和扭矩的電機繞組提供電流脈沖。

與有刷電機相比，無刷電機的優勢在于高功率重量比、高速度和電子控制。無刷電機在計算機外圍設備（磁盤驅動器、打印機）、手持電動工具以及從模型飛機到汽車的車輛等地方都有應用。

該項目描述了如何使用 GreenPAK? 控制三相無刷直流電機。

下面我們描述了了解解決方案如何編程以創建直流電機控制所需的步驟。但是，如果您只是想得到編程的結果，下載GreenPAK Designer 軟件查看已經完成的GreenPAK Design 文件。將GreenPAK 開發套件插入您的計算機，然后點擊程序來設計設備。

構造和運行原理

BLDC 電機的結構和操作與交流感應電機和有刷直流電機非常相似。與所有其他電機一樣，BLDC 電機也由轉子和定子組成（圖 1）。

BLDC 電機定子由疊層鋼制成，用于承載繞組。定子中的繞組可以按兩種模式排列 - 星形圖案 (Y) 或三角形圖案 (Δ)。兩種模式之間的主要區別在于 Y 模式在低 RPM 時提供高扭矩，而 ? 模式在低 RPM 時提供低扭矩。這是因為在 ? 配置中，一半的電壓施加在未驅動的繞組上，從而增加了損耗，進而增加了效率和扭矩。BLDC 電機使用電氣循環進行控制。一個電循環有 6 個狀態。基于霍爾傳感器的電機換向序列如圖 2 所示。

BLDC 電機運行的基本原理與有刷直流電機相同。對于有刷直流電機，反饋是使用機械換向器和電刷實現的。在 BLDC 電機中，使用多個反饋傳感器實現反饋。最常用的傳感器是霍爾傳感器和光學編碼器。

在三相 BLDC 中，齒（極）數是 3 的倍數，磁鐵數是 2 的倍數。 根據磁鐵和齒的數量，每個電機具有不同數量的齒槽效應（即磁吸力）轉子和定子）每轉步數。要計算步數 (N)，我們需要知道電機中使用了多少個齒和多少個磁鐵。該項目中使用的電機有 12 個齒（極）和 16 個磁鐵。

因此，要轉動 1 圈，我們需要生成 48 個電步。

設計

主要框圖和典型應用電路分別如圖3和圖4所示。

該設計有 2 個輸入來控制電機速度和方向。PIN#8 控制方向；Pin#8 上的高電平表示電機順時針旋轉，低電平表示逆時針旋轉。PIN#2 用于通過輸入頻率控制速度。此引腳上沒有頻率信號將關閉驅動器，電機將停止。在前 500 毫秒內向該引腳施加頻率將啟動電機。使用輸入頻率使我們能夠非常精確地控制電機速度。要計算 RPM，我們需要知道電機包含多少個電步：

此應用中的電機有 48 步，因此在 5kHz 的頻率下，電機將以 6250 RPM 運行。

該設計可分為 4 個部分（圖 5）：霍爾傳感器的處理塊、柵極驅動器塊、PWM 控制或速度控制塊以及保護塊。

霍爾傳感器的處理模塊包括 ACMP（ACMP0、ACMP3、ACMP4）、去毛刺濾波器（DLY1、DLY5、DLY6）和 DFF（DFF6、DFF7、DFF8）。本項目中使用的霍爾傳感器有 4 個引腳；VDD、GND 和 2 個連接到 ACMP 的 IN+ 和 IN- 輸入的差分輸出。內部 Vref 組件設置為 1.2 V，用作霍爾傳感器的 VDD。來自 ACMP 的濾波信號進入 DFF 的 D 輸入。輸入頻率為這些 DFF 提供時鐘并設置旋轉速度。來自這些 DFF 的信號進入柵極驅動器和配置為 XNOR 的 3 位 LUT14。結果是每次任何霍爾傳感器改變其極性時，輸出電平都會交替變化。兩個邊沿檢測器都會生成實際速度頻率（霍爾頻率），將其與輸入頻率進行比較以生成 PWM 信號來控制旋轉速度。

柵極驅動器模塊包括 12 個 3 位 LUT，可根據霍爾傳感器的反饋對外部晶體管進行換向。其中 6 個 LUT（3 位 LUT8 – 3 位 LUT13）用于 CW 方向，另外 6 個（3 位 LUT1 – 3 位 LUT6）用于切換到 CCW 方向。該模塊還包括 3 個 2 位 LUT（2 位 LUT4、2 位 LUT5 和 2 位 LUT6），用于將每相 PMOS 晶體管的信號與 PWM 混合，以確保轉速與負載無關。

PWM 控制包括 PWM2 組件、計數器 CNT8、有限狀態機 FSM1、3 位 LUT15、2 個 DFF（DFF0 和 DFF1）、上升沿檢測器 PDLY0 和反相器 INV0。DFF0 和 DFF1 一起用作頻率比較器；當輸入頻率高于霍爾頻率時，DFF0 nQ 輸出變為低電平；當輸入頻率低于霍爾頻率時，DFF1 nQ 輸出變為低電平。在“+”輸入為低電平時，PWM2 OUT+ 輸出將生成占空比范圍為 256/256 至 1/256 的 PWM 信號。在“-”輸入為低電平時，PWM2 OUT+ 將生成占空比從 1/256 變化到 256/256 的 PWM。PWM 頻率約為 100 kHz，啟動時 IC 的占空比設置為 0%。電機停止，直到施加到 PIN2 的輸入頻率。將頻率應用到 PIN2 后，DFF0 nQ 輸出將變低，PWM 會將占空比從 0 增加到 99.6%。電機將繼續旋轉，直到霍爾傳感器超過輸入頻率。此時，DFF0 nQ 輸出將變為高電平，而 DFF1 nQ 輸出將變為低電平。這種反轉會導致 PWM 占空比在電機上看到的即時 VDD 和負載處降低到可接受的值。該系統將不斷工作以平衡 PWM 占空比。FSM1、CNT8、3 位 LUT15 和 PWM2 的功能在 這種反轉會導致 PWM 占空比在立即 VDD 和電機負載處降低到可接受的值。該系統將不斷工作以平衡 PWM 占空比。FSM1、CNT8、3 位 LUT15 和 PWM2 的功能在 這種反轉會導致 PWM 占空比在電機上看到的即時 VDD 和負載處降低到可接受的值。該系統將不斷工作以平衡 PWM 占空比。FSM1、CNT8、3 位 LUT15 和 PWM2 的功能在應用筆記 AN-1052。

保護塊包括 2 個延遲（DLY2 和 DLY9）、計數器 CNT0 和配置為 XOR 門的 2 位 LUT0。這部分設計用于保護電機和外部 FET 不被燒壞。如果電機卡住或無法啟動，霍爾傳感器將無法提供關閉電機所需的反饋。如果在 100 毫秒后沒有收到反饋，DLY2 輸出將變為低電平并且 2 位 LUT0 關閉電機。如果發生這種情況，CNT0 和 DLY9 會嘗試每 500 毫秒啟動一次電機，持續 8 毫秒。這段時間足以啟動電機，但不足以對電機造成損壞。

結論

該項目描述了如何使用SLG46620 GreenPAK IC和霍爾效應傳感器控制三相無刷直流電機。SLG46620 還包含可用于該項目的其他功能。例如，GreenPAK 中的 ADC 可以解釋輸入直流電壓并根據該值生成 PWM 脈沖，而不是使用輸入頻率。

以前，如果設計人員希望控制 BLDC 電機，他們將受到電氣規格和專用現成 IC 解決方案功能的限制。這迫使設計人員選擇功能固定且可能會過度殺傷或昂貴的解決方案，這通常會限制其系統的 IO。

Dialog GreenPAK 通過將可配置性重新交到設計人員手中，逆轉了這一設計過程。通過將此 GreenPAK 應用程序用作普遍適用（盡管也是唯一可配置的）三相 BLDC 電機控制方案，設計人員可以選擇滿足其項目獨特電氣規格的引腳分配和外部 FET。此外，即使考慮到外部 FET，Dialog GreenPAK 解決方案的成
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