[嵌入式]BLDC 四大方案

MCU?作为驱动和控制电机的关键器件，必须紧跟行业前沿，提供更加贴合行业应用的产品与方案。然而，BLDC?控制驱动系统设计复杂，成本较高，可以说是目前影响?BLDC?渗透和扩张速度主要障碍。

因此如何不断拉低这道?BLDC?电机的技术门槛，加速其应用开发的速度，也就成了?BLDC?技术发展中要考虑的最核心的着力点。

BLDC 四类解决方案

一个典型的?BLDC?电机解决方案通常包括四个部分：

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电机控制器：通常是由?MCU、DSP?等主控芯片负责，进行电机控制与算法处理，并根据来自BLDC电机的反馈信号做出响应，为栅极驱动提供?6?路?PWM?信号。

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栅极驱动：也被称为“预驱”，会根据控制器的输出信号，向功率器件的栅极施加电压并提供驱动电流。

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功率级：包含?MOSFET?或?IGBT?等功率器件，通过开关动作控制输出到?BLDC?负载上的功率，驱动电机运动。

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反馈回路：将?BLDC?电机的转速、位置、电流、电压，以及故障等信号，反馈给控制器，形成控制的闭环。

最传统，最成熟的驱动方案就是控制器、栅极驱动、功率级这三部分是分开的；也有将栅极驱动和功率?MOSFET?集成为?IPM?的。

现在较为主流的方案是将栅极驱动集成进控制器中，后面再接上功率?MOSFET?或者?IGBT?来驱动?BLDC。

还有一种将这三部分都集成了，做成一个?SoC，直接驱动?BLDC。

MCU+预驱+驱动的方式，这种方式的优点是灵活，IC?选择性高，可适应于各类大、中、小功率的控制器。对一般的?MCU?公司也最具有优势，主要应用在高压系统，或者是大功率系统上，因为大功率和高压应用，有散热和隔离的问题。缺点就是集成度低，PCBA?的面积比较大。

MCU+[预驱+驱动]也可以描述成?MCU+IPM，开发功率组件的国际厂商多半都有?IPM?的产品，让客户能简化电路板设计的复杂度，提升稳定性，也是早期特别成熟的驱动方式。它的优点是，集成度高、PCBA?面积较小。缺点是功率不能做得很大。

[MCU+预驱]+驱动，是目前较为主流的开发方向。它的优点是集成度比较高、MOSFET?可以灵活选择、适用于各类中小功率的控制器。缺点是由于预驱集成在?MCU?中，预驱的驱动能力和耐压做不高，无法适应大功率控制器。

SoC?方式的优点是对性能比较高的应用，常常用于塑封电机的设计；缺点是设计弹性比较差，如果需要更改驱动特性的话，就必须在?SoC?旁边增加一颗小?MCU，这不仅会增加元器件成本，更加会增加电路板的复杂度，这违背了化繁为简的发展思想。

BLDC?电机主控厂商目前有很多，根据分类的不同，有的企业这三种主控解决方案都有，有的只提供一两种解决方案。

比如TI基本上三种方案都有，ST?也有单?MCU?和?MCU+预驱的方式。国内的?BLDC?主控方案主要走的还是集成的方向，比如峰岹就是主要提供?MCU+预驱的方案。

从硬件层面来看，BLDC?电机控制的发展经历了从小规模模拟、数字电路于分离器件的控制器，发展到专用集成控制电路的控制器，再到?MCU，DSP?等解决方案的过程。

从软件算法层面来看，受控制理论和控制器件的限制，BLDC?电机一直采用经典?PID?控制，该控制方法可以使系统性能满足各种静、动态指标要求，但系统的鲁棒性不尽人意。

面对日益复杂的控制对象，进一步提高?BLDC?电机调速系统的快速响应性、稳定性和鲁棒性，智能控制算法受到关注，这包括模糊控制、神经网络控制、专家系统等。

智能控制系统具有自学习、自适应、自组织等功能，能够解决模型不确定性问题，非线性控制问题，以及其他较为复杂的问题。

而 BLDC 电机是一个多变量、非线性、强耦合的控制对象，因此利用智能控制可以取得较为满意的控制结果。目前已经有一些较为成熟的智能控制方法应用在了 BLDC 电机控制。

比如模糊控制和?PID?相结合的?Fuzzy-PID?控制、模糊控制和神经网络相结合的复合控制、隶属度参数经遗传算法优化的模糊控制、单神经元自适应控制等等。

总体而言，可以看到，BLDC?技术方案的演进有两个明显的趋势：一是探索更高集成度，二是提供一站式的整体解决方案。