Come controllare BLDC

Struttura dei motori brushless
Innanzitutto, introduciamo alcuni concetti. Il numero di slot N e il numero di poli P in un motore brushless. Il numero di slot N si riferisce al numero di poli dell'elettromagnete sullo statore, mentre il numero di poli P si riferisce al numero di poli magnetici sul rotore. Il motore con struttura 3N2P più semplice è un motore brushless con tre poli della bobina sullo statore e due poli magnetici sul rotore. Lo schema elettrico della struttura dello statore di un motore brushless 3N2P è il seguente:

Lo statore ha tre serie di bobine: A, B e C. Un'estremità delle tre bobine è collegata a un punto comune, mentre l'altra estremità conduce tre fili a, b e c. Posizionando un magnete al centro come rotore, si ottiene la struttura più semplice del motore brushless, come mostrato di seguito:
Naturalmente, questo è solo il più semplice motore a 3 slot e 2 poli. I motori comunemente utilizzati aumentano il numero di slot e di poli per rendere la rotazione più fluida e la coppia più elevata. Il collegamento delle bobine può essere a stella o a triangolo. Allo stesso tempo, a seconda della struttura meccanica, che il rotore sia interno o esterno al motore, si possono distinguere in motori a rotore esterno e motori a rotore interno.

Principio di guida dei motori brushless
Dopo aver compreso la struttura del motore brushless, come ruota? Prendiamo ancora come esempio il più semplice motore brushless 3N2P. Supponiamo inizialmente di collegare l'alimentazione positiva al terminale a, quella negativa al terminale b e di lasciare il terminale c sospeso. Quindi il campo magnetico generato dalla bobina A è diretto verso l'alto, il campo magnetico generato dalla bobina B è diretto verso l'alto e la somma vettoriale dei campi magnetici è diretta verso l'alto. Sotto l'azione dei campi magnetici delle bobine A e B, il magnete del rotore ruoterà nella direzione mostrata in figura:
Successivamente, colleghiamo l'alimentatore positivo al terminale c, quello negativo al terminale b e lasciamo sospeso il terminale a. Quindi la somma vettoriale dei campi magnetici è diretta verso l'alto a destra e il magnete del rotore ruoterà dalla posizione 1 nella figura seguente alla posizione 2:
Analogamente, nella sequenza successiva di c+a-, a-b+, b+c-, c-a+, a+b-, b-c+ per l'alimentazione, il magnete del rotore può ruotare circolarmente. Dopo ogni 6 commutazioni di corrente, il rotore ruota di un giro. Poiché le tre bobine sono distanti 120°, non è difficile concludere che quando due bobine sono in conduzione simultaneamente, la coppia è √3 volte quella di una singola bobina.
Nel metodo di pilotaggio sopra descritto, due bobine vengono condotte ogni volta, quindi si parla di modalità di pilotaggio "a conduzione due-due". Relativamente, esiste anche una modalità in cui tre bobine vengono condotte simultaneamente, chiamata modalità di pilotaggio "a conduzione tre-tre". Ad esempio, quando la tensione applicata è nello stato a+bc-, poiché tutte e tre le bobine generano campi magnetici, il magnete dello statore ruoterà nella posizione mostrata nella figura seguente (il polo N è direttamente opposto alla bobina A):
Inoltre, poiché la corrente nella bobina A è uguale alla somma delle correnti nelle bobine B e C, la coppia totale è 1,5 volte la coppia della bobina A. Non è difficile analizzare che la modalità di azionamento "conduzione tre-tre" richiede anche 6 fasi per completare una rotazione. Se controlliamo la tensione della bobina in sequenza secondo a+bc-, a+b-c+, ab-c+, a-b+c+, a-b+c-, a+b+c-, anche lo statore può ruotare.

Circuito di pilotaggio dei motori brushless
In precedenza, abbiamo analizzato come far ruotare un motore brushless trifase. In sostanza, è necessario applicare tensioni positive e negative rispettivamente ai punti di uscita delle tre bobine. In generale, per ottenere questo risultato, è possibile utilizzare un circuito a ponte intero trifase a sei bracci come segue:
Ad esempio, nella figura sopra, se Q1 e Q4 sono accesi e gli altri no, la corrente fluirà da Q1 attraverso l'avvolgimento di fase U e poi dall'avvolgimento di fase V a Q4. In questo modo, una bobina viene eccitata. Analogamente, accendendo in sequenza Q5Q4, Q5Q2, Q3Q2, Q3Q6 e Q1Q6, si completa la modalità di funzionamento a 6 fasi della "conduzione due-due". Analogamente, anche il ponte completo trifase può raggiungere la modalità di controllo della "conduzione tre-tre".
Il circuito a ponte intero sopra descritto è solo un'introduzione teorica. Nelle applicazioni pratiche, durante il controllo, i transistor MOS superiore e inferiore dello stesso braccio del ponte non dovrebbero essere accesi simultaneamente, altrimenti i dispositivi si brucerebbero. Possiamo prima spegnere il transistor MOS del braccio superiore del ponte e poi accendere il transistor MOS del braccio inferiore del ponte (o viceversa), evitando così il tempo di conduzione simultaneo dei transistor MOS superiore e inferiore. Questa differenza di tempo è generalmente chiamata "tempo morto". Molte onde PWM emesse dai microcontrollori possono controllare l'entità del tempo morto, il che è utile per il nostro progetto.