一、直流无刷电机的构成要素

直流无刷电机的正常运行依赖于多个关键部件的协同工作，包括直流电源、控制器、电动机以及转子位置检测装置。

直流电源 ：直流电源是整个电机系统能量供给的核心。若输入为交流电，则必须借助 AC - DC 转换器将其转换为直流电，以满足电机运行所需的直流电源要求。稳定的直流电源是确保电机稳定运行的基础。

控制器 ：控制器作为电机系统的 “大脑”，承担着至关重要的控制任务。它主要由开关主电路、驱动电路和控制电路（MCU）三大部分构成。开关主电路通常由 6 个分立功率器件组成，通过上下臂连接电机，实现对电机线圈电流的控制，可选择的功率器件类型多样，包括功率晶体管 GTR、功率场效应管 MOSFET、绝缘晶体管 IGBT、可关断晶闸管等。驱动电路则负责确保功率器件能够可靠地导通和关断。控制电路中的 MCU 运行 PWM（脉冲宽度调制）信号，精准决定功率管的开关频率以及电子换向的时机。

电动机 ：作为将电能转换为机械能的核心部件，三相无刷直流电机以其卓越的性能在众多应用场景中备受青睐。其结构和运行特性决定了电机的功率输出和运行效率。

转子位置传感器 ：为了实现电机的高效运转，必须准确获取转子的位置信息。霍尔传感器作为常见的位置检测元件，通常在无刷电机中以三个开关型的形式出现，它们在空间上彼此相差 120 电角度，用以测量转子的位置，并向 MCU 输出 3 位二进制编码信号。然而，安装霍尔传感器会增加电机的体积和复杂度，对电机的可靠性和制造过程带来一定挑战。因此，无霍尔传感器的无刷电机控制方法逐渐受到广泛应用。这种无霍尔方案通过检测定子绕组的反电动势过零点来确定转子位置。与传统霍尔方案相比，其显著优势在于降低成本、减小体积，同时使电机引线从 8 根减少至 3 根，极大简化了接线和调试过程。但需要指出的是，由于缺乏霍尔传感器的直接检测，在电机静止或低速运行时，反电动势较弱，难以准确获取转子位置信号，导致其在静止或低速启动时需采用开环方式，容易引发电机振动，这对于负载敏感或负载变化频繁的场合而言存在一定局限性。

二、直流无刷电机的控制原理

直流无刷电机的控制核心在于依据转子磁极的位置，对定子线圈实施精确的换向通电。其中，通过 6 个功率器件构成的 3 个半桥来操控线圈的 6 拍通电模式，从而生成旋转磁场，这一过程是实现电机高效运行的关键技术。

在电机运行过程中，A +、B +、C + 代表上臂功率晶体管，而 A -、B -、C - 则为下臂功率晶体管。通过按照特定顺序依次导通这 6 只功率晶体管，可以实现电机 A、B、C 三相绕组的循环通电，进而产生驱动电机运转的旋转磁场。例如，按照 B + A -、B + C -、A + C -、A + B -、C + B -、C + A - 的顺序导通，能够形成顺时针方向的旋转磁场。若需实现电机反转，则只需将功率晶体管的开启顺序反过来即可。在此过程中，必须严格注意避免同相的上臂和下臂功率管同时导通，否则将导致上下臂短路，可能损坏功率管。

为了调节电机的转速，可以通过改变线圈绕组两端的电压来实现。在电机控制系统中，通常采用单片机生成 PWM（脉冲宽度调制）波形，通过精确控制 PWM 的占空比，从而调节线圈绕组的平均电压，进而实现对电机转速的精准调控。PWM 调制方式主要分为全桥调制和半桥调制两种类型。在 120° 导通期间，若对功率逆变桥的上桥和下桥均采用 PWM 方式驱动，则称为 “全桥调制”。而如果在 120° 导通期间，仅对功率逆变桥的上桥（或下桥）采用 PWM 方式驱动，而下桥（或上桥）保持恒通，则为 “半桥调制”。

全桥调制模式下，MOS 管的开关频率大约是半桥调制方式的两倍，这使得全桥调制的损耗相对较大，因此在实际应用中较少采用。相比之下，半桥调制更为常用，并且根据不同的应用场景和电路需求，半桥调制又衍生出多种方式，如 H - PWM - L - ON（在 120° 导通区间内，上桥臂 MOS 管采用 PWM 调制，下桥臂 MOS 管保持恒通）、H - ON - L - PWM（在 120° 导通区间内，上桥臂 MOS 管恒通，下桥臂 MOS 管采用 PWM 调制）、PWM - ON（前 60° 采用 PWM 调制，后 60° 恒通）、ON - PWM（前 60° 恒通，后 60° 采用 PWM 调制）等。每种调制方式都具有其独特的特点，因此在实际应用中，需要根据具体的应用场景和电路配置，精心选择最为合适的控制策略，以实现电机系统的最佳性能表现。