作為電機行業的“新人”， 無刷電機是實至名歸的後起之秀，以狂浪之勢湧入醫療
，工業控製，消費電子和汽車電子等高精度控製行業
，“無刷“是不是未來電機行業的發展趨勢？本文以案例的形式扒一扒無刷電機那些事！

一、直流無刷電機介紹

suizhedianlidianzidefazhanhexinxingyongcicailiaodechuxian，wushuazhiliudianjidedaolexunsufazhan，wushuazhiliudianjitongguodianziqijianshixianledianjidehuanxiang，qudailechuantongdejixiedianshuahehuanxiangqi。qiyoudiandongjizhutihequdongqizucheng
，shiyizhongdianxingdejidianyitihuachanpin。 diandongjidedingziraozuduozuochengsanxiangduichengxingxingjiefa，tongsanxiangyibudiandongjishifenxiangsi。diandongjidezhuanzishangzhanyouyichongcideyongciti
，weilejiancediandongjizhuanzidejixing，zaidiandongjineizhuangyouweizhi傳感器。驅動器由功率電子器件和集成電路等構成，其功能是：接受電動機的啟動、停止、製動信號，以控製電動機的啟動、停止和製動
；接受位置傳感器信號和正反轉信號，用來控製逆變橋各功率管的通斷，產生連續轉矩
；接受速度指令和速度反饋信號，用來控製和調整轉速；提供保護和顯示等。無刷電機憑借噪聲低、壽命長、轉速高、體積小、動態性能好、輸出力矩大、設計簡便等特點，在醫療、工業控製、消費電子

、電動工具
、電動車等領域廣泛應用。


二、無刷電機的工作原理

首先
，看一下無刷電機驅動器的框圖
，如下：


有上圖可知，MCU通過配置寄存器輸出六路PWM隻是控製信號，其最高電壓也隻有5V，不能直接驅動電機，而是通過控製功率管的開關來使電機運行，驅動電路一般是由多個MOSFETzuchengdequdongqiaohedianjiqudongqiaogonglvguangoucheng。wushuadianjidehuanxiangshihuanxiangshiyikaozhuanziweizhidejiancejinxingde，qizhongyouganqudongfangshishiliyonghuoerchuanganqijiancezhuanziweizhide
，wuganqudongfangshishitongguojiancehejisuanwushuadianjizhuandongguochengzhongdedianliu、電壓等參數變化，推測轉子位置，進而進行換相的。

換向原理

無刷電機內部安裝有霍爾傳感器
，其可以根據轉子不同位置時的不同磁場方向分布情況，而給出1或0的輸出信號，三個傳感器均勻安裝
，在360度的電角度上發生6次翻轉電平
，每次相差60度(du)電(dian)角(jiao)度(du)，根(gen)據(ju)三(san)個(ge)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)信(xin)號(hao)編(bian)碼(ma)測(ce)出(chu)轉(zhuan)子(zi)的(de)位(wei)置(zhi)，這(zhe)就(jiu)是(shi)常(chang)用(yong)的(de)有(you)感(gan)驅(qu)動(dong)方(fang)式(shi)。另(ling)外(wai)，無(wu)感(gan)驅(qu)動(dong)方(fang)式(shi)是(shi)通(tong)過(guo)檢(jian)測(ce)和(he)計(ji)算(suan)無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)轉(zhuan)動(dong)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)電(dian)流(liu)
、電壓等參數變化，推測轉子位置，進而進行換相的。

驅動電路工作原理

圖中Q1到Q6為功率場效應管，當需要AB相導通時
，隻需要打開Q1， Q4管，而使其他管保持截止。此時，電流的流經途徑為：正極→Q1→線圈A→繞組B→Q4→負極。MCU給Q1的柵極是PWM信號
，而給Q4的柵極是常開信號，這樣你就可以通過控製Q1輸入端的PWM信號占空比來控製驅動電機的有效電壓。其他五步換向導通也是這樣。實測各相波形如下：


三
、ZDS4054Plus的實測應用與分析

針對上述無刷電機驅動器的PWM信號分析，ZDS4054Plus示波器又有哪些新的測試體驗呢？

512Mpts大數椐存儲

針對案例中無刷電機的驅動電壓，工程師在觀察PWM信號時，若信號中出現異常
，則難以通過觸發方式觸發，需要在大時基下，通過縮放模式分析包絡內的信號，（在縮放窗口觀察波形細節）
，PWM信號頻率幾十K以上，需要保證較高的采樣率

，同時PWM信號還伴隨有電流
、編碼器等載波信號
，需要多個通道分別觀察，從波形時間、采樣率、多通道三方麵看，都需要大存儲。圖1為無刷電機PWM驅動信號，在存儲深度設為350M時，捕獲7S的波形，采樣率依然高達50M Sa/s，保證了波形不失真。由公式：存儲深度=波形時間*采樣率可知，ZDS4000係列示波器標配512Mpts存儲深度

，保證在捕獲長時間波形同時保持高采樣率。


如上圖，在捕獲較長時間的波形後，如何對PWM驅qu動dong信xin號hao或huo異yi常chang信xin號hao進jin行xing分fen析xi呢ne？另ling外wai，在zai工gong業ye伺si服fu應ying用yong方fang麵mian，在zai不bu同tong的de工gong況kuang下xia，在zai切qie換huan不bu同tong負fu載zai的de時shi候hou，對dui應ying不bu同tong時shi間jian的de驅qu動dong器qi波bo形xing變bian化hua或huo出chu異yi常chang信xin號hao，整zheng個ge負fu載zai切qie換huan到dao穩wen定ding的de過guo程cheng時shi間jian較jiao長chang，也ye需xu要yao在zai大da存cun儲chu深shen度du下xia，觀guan看kan波bo形xing細xi節jie
，針zhen對dui上shang述shu情qing況kuang

，ZDS4000係列示波器在保證大存儲深度的情況下，支持雙ZOOM縮放模式，可以為兩個縮放窗口分別設置係數，配合智能標注功能，對任意處感興趣的信號進行標注。圖中為對PWM驅動信號
，主時基內的波形在兩個ZOOM窗口分別放大，ZOOM1為PWM周期信號，ZOOM2為PWM某一尖峰的振蕩波形，在大存儲深度的保證下

，采樣率50M Sa/s，保證了波形細節的真實性。同時，配合智能標注功能，如在主時基上做一標注
，在ZOOM1、ZOOM2上能夠快速找到標注點，可看到ZOOM1中標注點——PWM的第3個尖峰，在ZOOM2中可查看到尖峰的振蕩情況及幅值。


四、總結

ZDS4000係列數椐挖掘型示波器，憑借512M深存儲
、雙ZOOM模式、模板觸發
、FIR硬件濾波和智能標定等功能，能夠快速
、真實定位分析無刷電機驅動器的異常波形，為無刷電機行業的波形調試提供完美解決方案！




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