第２６卷第１期 ２００８年２月 轻Ｉ机械 ＬｉｇｈｔＩｎｄｕｓｔｒｙＭａｃｈｉｎｅｒｙ Ｖ０１．２６ ＮＯ．１ Ｆｅｂ．２００８
［自控・检测］
基于Ｓ Ｔ ７Ｍ Ｃ芯片的无位置传感器
无刷直流电机驱动的设计
刘 闯
（浙江大学电气工程学院，浙江杭州 ３１００２７）
摘 要：分析了传统反电动势检测方法的缺点，介绍了ＳＴ专利的三电阻法反电动势过零检测，讨论了ＳＴ７ＭＣ的电机控
制原理，并应用基于ＳＴ７ＭＣ电机控制的专用芯片，设计并实现了无位置传感器直流无刷电机的驱动控制系统。实验证
明，该系统具有很好的控制性能。
关键词：反电动势；无刷直流电机；系统设计；ＳＴ７ＭＣ芯片
中图分类号：ＴＭ３０１．２；ＴＭ３３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００５—２８９５（２００８）０１—００７０—０３
０ 引言 、
无位置传感器直流无刷电机作为１种典型的机电
一体化产品，具有交流电机结构简单、运行可靠、维护
方便和直流电机调速性能好而无换向和转子励磁损
耗、功率因素高等优势，由它构成的伺服系统，正广泛
应用在各个领域。因此，无位置传感器直流无刷电机的
驱动控制器在当前有广泛的应用需求和应用前景。
１ 反电动势过零检测原理
电机在运行过程中，定子绕组会切割永磁转子建
立的磁场，从而在绕组上产生反电动势。由于永磁无刷
直流电机中的电枢反应是交轴方向，对主磁通影响较
小，因此可以忽略电枢反应的影响，近似认为绕组中的
感应电势等于反电动势。当转子磁钢极性改变时，反电
动势波形的正负也随之改变。因此可通过检测“悬浮
相”的反电动势过零点，来得到转子的位置信息，从而
控制电机换向 ］。
１．１传统的反电动势检测方法
传统的目前常用的ＢＥＭＦ检测方法是建立１个虚
拟中性点（图１），对ＢＥＭＦ进行实时检测。它需要对每
相以及中性点进行电阻分压和滤波，滤除开关噪声对
低频ＢＥＭＦ的影响，然后对滤波引起的相移进行估计
补偿。该方法的不足之处在于：一是需要创建１个虚拟
江西理工大学应用科学学院
电力拖动综合课程设计
专 业： 自动化
班 级： 092
学 号： 37
姓 名： 拾 光
设计题目： 电动自行车
设计报告格式25分 设计内容45分 答辩 考勤 总计得分 封面
3 页面布局
5 目录格式
3 图表质量
4 间行距、字体
5 页眉页脚
5 设计题目分析
5 系统控制方案
8 设备计算、选型
7 电气原理图 调节器参数整定或程序设计
10 10 20
主电路
5 控制电路
5 总图
5
2012年11月
- 1 - 直流无刷电机驱动电动自行车设计
目录
1 摘要 ...................................................................................................................................... - 2 -
2 设计要求: ............................................................................................................................ - 2 -
3 电动自行车原理 .................................................................................................................. - 3 -
3.1 电动自行车的特点 .................................................................................................. - 3 -
２００２年１１月 现代雷达 第６期
无刷直流方波电机ＰＷＭ控制器的设计 王 宏 （南京电子技术研究所 南京２１００１３） 【摘要】稀土永磁无刷直流方波电机是一种新型电动机，其性能优越，发展前景广阔。本文介绍了无刷直流方 波电机的工作原理和其ＰＷＭ控制器的设计。 【关键词】电动机，无刷直流方波电机，ＰＷＭ控制器 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＰＷＭ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｏｆ Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ＤＣ Ｓｑｕａｒｅ—ｗａｖｅ Ｍｏｔｏｒ ＷＡＮＧ Ｈｏｎｇ （Ｎａｎｊｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１３） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ＤＣ ｓｑｕａｒｅ ｗａｖｅ ｍｏｔｏｒ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｍｏｔｏｒ．Ｗｉｔｈ ｉｔｓ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｓｈｏｗｓ ａ ｂｒｏａｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｆｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ａｄｖａｎｃｅｓ．Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ＰＷＭ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｏｆ ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ＤＣ ｓｑｕａｒｅ ｗａｖｅ ｍｏｔｏｒ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ ｍｏｔｏｒ，ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ＤＣ ｓｑｕａｒｅ ｗａｖｅ ｍｏｔｏｒ，ＰＷＭ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ １ 引 言 电动机的主要类型有同步电动机、异步电动机 和直流电动机三种。直流电动机具有运行效率高和 调速性能好等诸多优点，但传统的直流电动机均采 用电刷，以机械方法进行换向，因而带来了噪声、火 花、无线电干扰以及寿命短等致命弱点，再加上维修 困难，从而大大地限制了它的应用范围，并极大地阻 碍了电动机在机载雷达伺服系统中的应用。而无刷 直流电动机则既具备交流电动机的结构简单、运行 可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的 运行效率高、调速性能好等诸多特点，因此，它成为 机载雷达伺服系统中的最佳驱动执行元件。７Ｏ年代 以来，随着电力电子技术的飞速发展，许多新型的高 性能半导体功率器件，如ＧＴＲ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等 相继出现，以及高性能永磁材料的问世，都为无刷直 流电动机的广泛应用奠定了坚实的基础。 ２ 无刷直流方波电机的基本工作原理与数 学模型 稀土永磁无刷直流方波电机是一种新型无刷直 流电动机，其相电势为梯形波，电枢电流为１２Ｏ。矩 形波。它的基本构成包括电动机本体、控制器和位置 传感器三部分，如图１所示。电动机本体在结构上与 永磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其它起动
一种基于PWM的直流电机驱动电路设计
蒋送君
1
，赵明明2
，王彪3
南京航空航天大学自动化学院，南京（210016）
E-mail:
jsj18504@
摘 要：本文介绍了一种基于PWM (Pulse Width Modulation)信号、采用H型全桥对直流电
机进行调压调速的驱动电路。由AT89C52单片机产生的PWM信号，经光耦隔离、放大后，
送给集成驱动芯片IR2111，然后驱动由功率MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect
Transistor)组成的H桥，控制直流电机的转速和转向。本文还采用简单模拟电路为驱动电路
设计了一种巧妙的过流保护方案。本文所设计的驱动电路已运用到实际的直流电机控制系统
中，实践证明该电路运行稳定，具有良好的实用价值。
关键词：脉冲宽度调制 H桥驱动电路 过流保护
中图分类号：TM1
1．引言
随着全控型第二代电力半导体器件(GTR、GTO、MOSFET、IGBT等)的发展，脉冲
宽度调制（PWM）技术与开关功率电路成为功率应用中的主流技术；长期以来，直流电
机以其良好的线性特性、优异的控制性能、成本低等特点成为大多数变速运动控制系统和
闭环位置伺服控制系统的最佳选择[1]
。因此，基于PWM的直流电机调速技术在现代电气
传动系统中被广泛应用。
本文所设计的驱动电路应用于某精确达位电动转台的控制系统中。在该系统中，单片机
输出PWM信号，该信号经光耦隔离后，驱动由功率MOSFET组成的H桥，从而实现对直
流电机的调压调速；另一方面，角位传感器测量的实时角位信息反馈到单片机，采用仿人控
制算法调节电机转速，从而实现转台位置闭环伺服控制。
2．直流PWM调速基本原理
直流电机PWM调速的基本原理图如图1。可控开关S以固定的周期重复地接通和断开，
当开关S接通时，直流供电电源U通过开关S施加到直流电机两端，电机在电源作用下转
动，同时电机电枢电感储存能量；当开关S断开时，供电电源停止向电动机提供能量，但此
