无刷电机驱动电路剖析
一、无刷电机工作原理概述
无刷电机通过三相线通电运行，其定子含有与三相匹配的线圈，线圈数量为 3 的倍数。电机运转时，各相线圈依据转子位置进行换流，即改变电流方向，以此控制电机转动。换流速度的调整以及经 PWM（脉宽调制）调制后的电压共同作用，实现对电机转速的精准控制。逆变器在该系统中扮演关键角色，它利用直流电源（通常是电池）生成各相所需的功率信号，相当于交流信号的生成电路。
二、驱动电路详解
无刷直流电机的驱动电路如下图 1 所示。功率器件采用晶体管，这里特指 MOSFET 或 IGBT，它们充当高速开关的角色。这种不处于放大状态而仅作为开关的器件，被称之为 “开关器件”。
晶体管左侧的端子在晶体管中称为 “基极”，在 MOSFET 中则称为 “栅极”。当对基极 / 栅极施加电压时，电流便从晶体管右上方的端子（集电极 / 漏极）流向右下方的端子（发射极 / 源极），开关进而变为开通状态。开关处于开通状态时，直流电源电压施加到集电极 / 漏极，电流依次流经上臂晶体管 / MOSFET、电机线圈（两相串联）、下臂晶体管 / MOSFET，最终回到地。
（一）线圈电流流动路径
电机包含 U 相、V 相、W 相线圈。PWM 信号需控制电流按特定方向流过其中两相的开关，具体方向如下：
U → V
U → W
V → W
在上述方向中，箭头左侧代表上臂开关，右侧代表下臂开关。电路中，尽管 U 相、V 相、W 相线圈可简化视为各 1 个，但实际是由多个定子线圈（槽）通过串联或并联组成。
（二）开关器件的互补关系
对于开关器件，上臂和下臂分别对应 U 相、V 相、W 相。以 U 相为例，U 相上臂开关器件开通时，U 相下臂开关器件必须关断；反之，U 相上臂开关器件关断时，U 相下臂开关器件必须开通。V 相、W 相的情况与之相同，绝对不存在上臂和下臂同时开通或同时关断的情形，这种关系被称作 “互补”。
（三）开关器件的控制机制
如图 2 所示电路，电流从上臂流向 down 臂，上臂从三相中选取 1 相开通，下臂同样从三相中选取 1 相开通，因此整个电路包含 6 个 MOSFET 开关器件。微处理器实时决定电流的流向，即从哪里流向哪里、流经哪相。微处理器会计算各相所需形成的波形，并通过计时器 / 计数器端子在任意时刻输出相应的适当波形。在此电路中，晶体管负责实施 PWM 控制。所选用的 6 个 MOSFET 均具备相同的特性，综合考虑采购便利性与卓越的驱动性能，最终选定 N 沟道 MOSFET。
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