Làm thế nào để kiểm soát BLDC

Cấu trúc của động cơ không chổi than
Trước tiên, chúng ta hãy giới thiệu một số khái niệm. Số khe N và số cực P trong động cơ không chổi than. Số khe N ám chỉ số cực điện từ trên stato, và số cực P ám chỉ số cực từ trên rôto. Động cơ có cấu trúc 3N2P đơn giản nhất là động cơ không chổi than có ba cực cuộn dây trên stato và hai cực từ trên rôto. Sơ đồ cấu trúc stato của động cơ không chổi than 3N2P như sau:

Stato có ba bộ cuộn dây: A, B và C. Một đầu của ba cuộn dây được kết nối với một điểm chung, và đầu kia dẫn ra ba dây a, b và c. Đặt một nam châm làm rôto ở giữa và cấu trúc động cơ không chổi than đơn giản nhất được hình thành, như minh họa bên dưới:
Tất nhiên, đây chỉ là động cơ 3 khe 2 cực đơn giản nhất. Các động cơ thông dụng tăng số khe và cực để làm cho vòng quay mượt mà hơn và mô-men xoắn lớn hơn. Chế độ kết nối của cuộn dây có thể là kết nối sao hoặc tam giác. Đồng thời, theo cấu trúc cơ học, rotor nằm bên trong hay bên ngoài động cơ, có thể chia thành động cơ rotor ngoài và động cơ rotor trong.

Nguyên lý hoạt động của động cơ không chổi than
Sau khi hiểu cấu trúc của động cơ không chổi than, nó quay như thế nào? Chúng ta vẫn lấy động cơ không chổi than 3N2P đơn giản nhất làm ví dụ. Giả sử ban đầu, chúng ta kết nối nguồn điện dương với cực a, nguồn điện âm với cực b và để cực c treo. Sau đó, từ trường do cuộn dây A tạo ra được hướng về phía trên bên trái, từ trường do cuộn dây B tạo ra được hướng lên trên và tổng vectơ của các từ trường được hướng về phía trên bên trái. Dưới tác động của từ trường của cuộn dây A và B, nam châm rôto sẽ quay theo hướng được hiển thị trong hình:
Vào thời điểm tiếp theo, chúng ta kết nối nguồn điện dương với cực c, nguồn điện âm với cực b và để cực a treo. Sau đó, tổng vectơ của các trường từ được hướng lên phía trên bên phải và nam châm rôto sẽ quay từ vị trí 1 trong hình sau đến vị trí 2:
Tương tự như vậy, trong chuỗi tiếp theo của c+a-, a-b+, b+c-, c-a+, a+b-, b-c+ để cung cấp điện, nam châm rôto có thể quay tròn. Sau mỗi 6 lần chuyển mạch dòng điện, rôto quay một vòng tròn. Vì ba cuộn dây cách nhau 120°, không khó để kết luận rằng khi hai cuộn dây dẫn điện đồng thời, mô men xoắn bằng √3 lần so với một cuộn dây đơn.
Trong phương pháp lái trên, mỗi lần dẫn hai cuộn dây, do đó được gọi là chế độ lái "hai-hai dẫn". Tương đối, cũng có một chế độ trong đó ba cuộn dây được dẫn đồng thời, được gọi là chế độ lái "ba-ba dẫn". Ví dụ, khi điện áp được áp dụng ở trạng thái a + bc-, vì cả ba cuộn dây sẽ tạo ra từ trường, nam châm stato sẽ quay đến vị trí trong hình sau (cực N đối diện trực tiếp với cuộn dây A):
Hơn nữa, vì dòng điện trong cuộn dây A bằng tổng dòng điện trong cuộn dây B và C, nên mô men xoắn tổng cộng bằng 1,5 lần mô men xoắn của cuộn dây A. Không khó để phân tích rằng chế độ lái "ba-ba dẫn" cũng cần 6 bước để hoàn thành một vòng quay. Nếu chúng ta điều khiển điện áp cuộn dây theo trình tự a+bc-, a+b-c+, ab-c+, a-b+c+, a-b+c-, a+b+c-, stato cũng có thể quay.

Mạch điều khiển động cơ không chổi than
Ở trên, chúng tôi đã phân tích cách làm cho động cơ không chổi than ba pha quay. Về bản chất, nó đòi hỏi phải áp dụng điện áp dương và âm vào các điểm dẫn ra của ba cuộn dây tương ứng. Nhìn chung, có thể sử dụng mạch cầu toàn phần ba pha sáu tay như sau để đạt được điều này:
Ví dụ, trong hình trên, nếu Q1 và Q4 được bật và các Q4 khác không được bật, dòng điện sẽ chạy từ Q1 qua cuộn dây pha U và sau đó từ cuộn dây pha V đến Q4. Theo cách này, một cuộn dây được cấp điện. Tương tự, bằng cách bật Q5Q4, Q5Q2, Q3Q2, Q3Q6 và Q1Q6 theo trình tự, chế độ làm việc 6 bước của "dẫn hai-hai" được hoàn thành. Tương tự, cầu toàn ba pha cũng có thể đạt được chế độ điều khiển "dẫn ba-ba".
Mạch cầu toàn phần ở trên chỉ là phần giới thiệu lý thuyết. Trong các ứng dụng thực tế, trong quá trình điều khiển, các bóng bán dẫn MOS trên và dưới của cùng một nhánh cầu không được bật đồng thời, nếu không các thiết bị sẽ bị cháy. Trước tiên, chúng ta có thể tắt bóng bán dẫn MOS của nhánh cầu trên rồi bật bóng bán dẫn MOS của nhánh cầu dưới (hoặc ngược lại), điều này tránh được thời gian dẫn đồng thời của các bóng bán dẫn MOS trên và dưới. Chênh lệch thời gian này thường được gọi là thời gian chết. Nhiều sóng PWM do MCU phát ra có thể kiểm soát kích thước của thời gian chết, điều này rất tiện lợi cho thiết kế của chúng ta.