无刷直流（BLDC）电机之所以日益普及，关键在于其采用了电子换向技术。这一技术取代了传统直流电机中，通过刷子在换向器上摩擦来激励电枢绕组的机械换向机制。

电子换向

与传统直流电机相比，电子换向为BLDC电机带来了显著优势。在相同速度和负载条件下，其效率可提升20%至30%。国际能源署报告显示，全球40%的电力用于驱动电动机，如此显著的效率提升无疑极具吸引力。

不仅如此，BLDC电机还具备更高的耐用性。传统电机随着使用时间增长，效率和功率会因磨损而下降，例如电刷接触不良、电刷与换向器间电弧耗散能量，以及污垢影响导电性等问题。而BLDC电机凭借电子换向，能够长期保持高性能。

更高的效率还赋予了BLDC电机更多优势。它能在给定功率输出下，实现更小、更轻、更安静的设计，这进一步推动了其在汽车、白色家电以及供暖、通风和空调（HVAC）等领域的广泛应用。此外，BLDC电机还具有卓越的速度与扭矩特性（启动时扭矩除外）、更动态的响应、无噪音运行以及更高的速度范围。

然而，BLDC电机也存在一定缺点，即其复杂性和相关成本增加。电子换向需要监控电路来确保线圈通电的精确定时，以实现精确的速度和转矩控制，并保障电机以最高效率运行。不过，幸运的是，该领域正迅速发展，硅供应商如今提供了各种高度集成的BLDC电机驱动器功率MOSFET芯片，这些芯片带有外部或嵌入式微控制器，不仅简化了设计过程，还降低了组件成本。接下来，本文将详细阐述设计人员如何利用这些最新芯片来简化设计。

BLDC电机基础

所有电动机，无论是机械换向还是电子换向，都遵循将电能转换为机械能的基本原理。当电流通过绕组时，会产生磁场。在存在第二个磁场（通常由永磁体产生）的情况下，该磁场会在绕组上产生一个力，当导体与第二个磁场成90°时，这个力达到最大值。增加线圈数量可以提高电机输出并使电力输送更加平滑。

BLDC电机通过反转电机设置，摆脱了对机械换向器的依赖。其绕组成为定子，永磁体成为转子的一部分。定子通常由钢叠片组成，轴向开槽以容纳沿其内周边均匀分布的偶数个绕组。转子则由一个轴和一个带有永久磁铁的轮毂组成，这些永久磁铁排列成两到八个在“N”和“S”之间交替的极对。

由于绕组是固定的，因此可以建立永久连接来为其供电。为了使固定绕组能够驱动永磁体转子旋转，绕组需要以受控顺序通电（即换向），以产生旋转磁场。因为定子产生的旋转磁场会使转子以相同频率旋转，所以BLDC电机被称为“同步”型。BLDC电机可分为一相、二相或三相，其中三相BLDC电机最为常见，本文后续也将以三相BLDC电机为例进行讨论。

BLDC电机控制

目前，向三相BLDC电机顺序施加电流的最常见配置是使用以桥式结构排列的三对功率MOSFET。每对功率MOSFET负责控制电机一相的开关。在典型布置中，高侧MOSFET采用脉宽调制（PWM）进行控制，PWM能够将输入直流电压转换为调制驱动电压。PWM的使用不仅可以限制启动电流，还能实现对速度和转矩的精确控制。不过，PWM频率的选择需要在高频开关损耗和低频纹波电流之间进行权衡，极端情况下，纹波电流可能会损坏电机。通常，设计人员选择的PWM频率至少要比最大电机转速高一个数量级。