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無刷直流（BLDC）電機變得越來越流行，原因不言自明，因為使用傳統電機時始終會有電刷磨損，更換為電子控制器后將會大大提升設備的的可靠性。而且在保持同等功率輸出的情況下，BLDC 電機可以做得更小、更輕，特別適合空間受限型應用。

由于 BLDC 電機的轉子和定子之間不存在機械和電接觸，因此需要替代方法來指示零部件的相對位置，從而實現電機控制。 BLDC 電機使用兩種方式之一來實現此目的，即采用霍爾傳感器或測量反電動勢。

廢除傳感器

BLDC 電機去掉了組成傳統裝置機械換向器的磨損零件（改進了可靠性）此外，BLDC 電機具有高扭矩/電機尺寸比率，快速動態響應能力，且幾無工作噪聲。

BLDC 電機歸類為同步設備，因為轉子和定子的磁場頻率相同。定子由鋼片組成，軸向開槽以便沿著內部圓柱面容納奇數個的繞組。轉子采用永久磁體制造，具有兩到八個 N-S 磁極對。

BLDC 電機的電子換向器順次激勵定子線圈，產生旋轉電磁場，從而“拖拽”圍繞它的轉子。通過確保線圈在正確的時間獲得精確地激勵來實現有效運轉。

傳感器很有用，但會增加成本，增加復雜性（由于需要附加繞組），并降低了可靠性（部分原因是傳感器連接更容易受到灰塵和潮濕環境的污染）。無傳感器控制方式解決了這些不足。

利用反電動勢

電機的繞組切過磁力線時就象一個發電機。此時會在繞組中產生電勢，以電壓表示，稱作電動勢（EMF）。按照倫茨定律，這一電動勢會產生二次磁場，對抗驅動電機旋轉的磁通量的原始變化。簡而言之，這種電動勢會阻礙電機自然運動，因而稱之為“反”電動勢。在既定電機磁通量和繞組數固定的情況下，電動勢的幅度與電機的角速度成正比。

BLDC 電機制造商指定了一個稱“作反電動勢常數”的參數，用來估計既定速度的反電動勢。通過從供應電壓中減去反電動勢即可計算出繞組上的電勢。電機是這樣設計的，當它們以額定速度運轉時，反電動勢和供應電壓間的電勢差將會引起電機消耗額定電流并輸出額定扭矩。

驅動電機超出額定速度時會大幅增加反電動勢，從而降低了繞組的電勢差，反過來減少了電流并降低了扭矩。更快地推動電機仍會引起反電動勢（加上電機損耗）完全等于供應電壓——此時，電流和扭矩都將為零。

因為反電動勢會降低電機扭矩，這有時是一種劣勢，但對于 BLDC 電機，工程師卻可以將這種現象轉變為優勢。

三相 BLDC 電機變換序列的各個階段是通過正向激勵一個繞組、反向激勵第二個繞組，然后讓第三個繞組開路來實現的。圖 1 顯示了此類電機的第一個六階段換向序列的簡化示意圖。

霍爾效應傳感器式替代反電動勢的方法

圖 1：針對 BLDC 電機的第一個六階段電循環線圈 A 正向激勵，線圈 B 為開路，C 反向激勵（Microchip 提供）。

使用霍爾傳感器的 BLDC 電機使用受 MCU 控制并通過驅動器操作的設備產生的輸出，來切換絕緣柵雙極晶體管（IGBT）或金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）以正常順序激勵線圈。當霍爾傳感器輸出變化狀態時，這些晶體管就會觸發（同時線圈會被激勵）。¹

BLDC 電機的無傳感器變型電機，則無霍爾效應傳感器。相反，當電機旋轉時，三個線圈中的反向電動勢會以梯形（長虛線）方式變化，如圖 2 所示。為便于比較，同一圖中也顯示了類似配置電機的霍爾傳感器的輸出。

霍爾效應傳感器式替代反電動勢的方法

圖 2：三相 BLDC 電機的霍爾傳感器輸出與反電動勢之比較注意，霍爾傳感器的切換方式與跨過無傳感器電機中零點時相應線圈的反電動勢是一致的（Microchip 提供）。

所有三個零交叉點的組合用來決定線圈的激勵序列。注意，傳統 BLDC 電機中單個霍爾傳感器變化輸出，與無傳感器電機中單個線圈的反電動勢零交叉點之間有一個 30 度的相位差。因此，在檢測到零交叉點之后，我們會在無傳感器電機電路的固件中內置一個 30 度相位延遲，然后再激活激勵序列中的下一個動作。圖 2 中，短虛線表示線圈中的電流。

圖 3 顯示了無傳感器三相 BLDC 電機的一個控制電路。在這種情況下，該電路使用了 Microchip PIC18FXX31 8 位 MCU 來產生脈沖寬度調制（PWM）輸出，以觸發三相逆變器橋中的 IGBT 或 MOSFET。該 MCU 對來自反電動勢零交檢測電路的輸入作出反應。

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