（本文编译自Electronic Design）
无刷直流（BLDC）电机控制通常拆分为多项功能，这些功能必须精准协同，才能保证电机运转平稳、均衡且高效。
首先，位置控制环路将电机目标位置与实际检测位置进行对比。依据预设运动轨迹，输出目标电流指令，该指令对应将电机运转至目标位置所需的转矩大小。部分应用场景无需位置控制，而是需要速度控制，此时无刷直流电机控制器会采用速度伺服环路，而非位置伺服环路。
随后系统对电流指令进行换相处理，将电流分配至电机各绕组。接着电流控制环路检测各绕组的实际工作电流，并调节输出电压，使实际电流尽可能贴近指令电流。脉冲宽度调制（PWM）逆变桥因其效率极高、控制简便，被广泛用于向电机绕组施加这类电压。
那如何选择无刷直流电机控制器，以及各项控制功能的常见划分方式呢？下文将介绍几种主流架构方案。
方案一：内置放大器型无刷直流电机控制芯片
第一种方案采用内置放大器的低成本无刷直流电机控制芯片（见图1），这可直接向电机各绕组输出电压指令，无需外接独立PWM逆变桥来驱动电机绕组。主控端通常为微控制器（MCU），可通过模拟电压、串行外设接口（SPI）数字信号或异步串行接口，向电机控制芯片发送控制指令。
图1：内置放大器的无刷直流控制芯片。
这类方案通常支持速度控制功能，例如无感控制。但其存在多项局限，如电流驱动能力偏低（通常仅1至4安培），且无法适配更高级的电流控制方式。
该类芯片大多为专用型器件，专门用于风扇控制等场景。因此，这类全集成电机控制芯片很少应用于通用运动控制场合。
方案二：无刷直流电机转矩控制芯片
第二种方案采用无刷直流电机转矩控制芯片（见图2）。这类器件通常集成换相与电流控制功能，涵盖从电流检测输入、磁场定向控制（FOC）算法到逆变桥控制的完整信号链路。
图2：转矩控制型无刷直流芯片支持换相、电流控制以及磁场定向控制（FOC）。
在这类架构中，由外部电路或主控MCU输入数字或模拟转矩指令。该类部分电机控制芯片还提供高阶通信接口，如串行外设接口（SPI）、CAN、RS-232或RS-485。该接口可连接MCU或PC，便于采集运动轨迹数据，用于评估电机性能并优化电机控制芯片的控制参数。
此类无刷直流电机控制芯片，适用场景十分广泛，涵盖旋盖设备、泵控、无人机螺旋桨控制、船舶螺旋桨控制、机器人车轮控制等诸多领域。这类器件也常搭配外围控制电路使用，外围电路接入编码器信号、闭合位置或速度控制环路，并持续向电机转矩控制芯片发送转矩指令流。
方案三：无刷直流电机速度控制芯片
该方案采用无刷直流电机速度控制芯片（见图3）。这类芯片集成多项功能，包括速度轨迹生成、速度闭环控制、编码器或测速计信号输入、换相以及电流调节。其通常具备完整的电流控制信号链路，从电流检测信号输入，到磁场定向控制（FOC）运算，再到逆变桥控制信号输出。
图3：一款具备轨迹规划、编码器输入及电流调节功能的速度控制型无刷直流芯片。
这类电机控制芯片的工作原理与电机转矩控制芯片相近。但其输入不再是主控MCU或外部电路发来的转矩指令，而是数字或模拟形式的速度指令。此外，也可通过SPI、CAN、RS-232、RS-485等高层通信通道发送指令数据包，设定运动轨迹参数。
除下发速度轨迹指令外，该通信通道还可采集运动轨迹数据，用于分析电机应用工况性能，并优化芯片控制参数。主控发送的指令数据包可实现诸如“将轨迹加速度设为123456”、“上报编码器位置”等功能。数据包指令可用于设置控制参数、执行运动轨迹、查询控制器状态等多种操作。
无刷直流电机速度控制芯片的典型应用包括：泵控制、离心机控制、主轴控制、风机控制、闸机与门控、输送系统、包装设备、食品加工设备以及移动机器人车轮控制等。
方案四：无刷直流电机位置控制芯片
第四种方案采用无刷直流电机位置控制芯片（见图4）。这类芯片集成高性能位置控制应用所需的绝大部分核心功能，包含运动轨迹生成、位置闭环控制、编码器输入、换相及电流控制。
图4：一款集成轨迹生成、PID控制、编码器接口及FOC的位置控制型无刷直流芯片。
与转矩控制、速度控制型电机控制芯片一样，这类芯片通常支持从电流检测信号输入（此处为模拟输入信号），到磁场定向控制（FOC）及逆变桥控制信号输出的全部链路。
控制此类芯片需通过SPI、CAN、RS-232、RS-485等通信通道下发指令。主控MCU通过该接口发送指令数据包，设定运动行为并查询系统状态。
例如指令可包括：设置轨迹类型为S曲线点位运动、上报编码器位置、设定轨迹加速度为100等。这些指令数据包用于配置无刷直流电机控制芯片内部参数、启动并管理运动轨迹、监测电机控制系统状态。
该架构有一种常见衍生版本，可接收外部连续位置指令数据流。数据可通过SPI或其他接口传输，适用于搭载中央主轨迹发生器、可同时控制多轴运动的系统。
相较于仅支持转矩或速度控制的无刷直流控制芯片，位置控制芯片除标配正交编码器外，通常还提供更多运动外设支持。可兼容BiSS-C数字串行编码器、模拟正余弦编码器、SPI接口编码器等多种类型，同时支持绝对式与增量式位置反馈。
无刷直流电机位置控制芯片典型应用场景：实验室自动化、连续轮廓运动、包装机械、半导体专用设备、机器人、离心机控制、呼吸机、贴片机、包装设备、食品加工设备、医疗康复设备等。
方案五：无刷直流电机控制驱动器
最后一种方案采用PCB板级或模块式无刷电机驱动器，集成轨迹生成、位置环控制、编码器输入、换相、电流控制及功率放大全功能（见图5）。市面上现成的无刷电机驱动器品类丰富，从简易无刷电机换相与功率放大器件，到集成轨迹生成、数据记录、过流保护等安全功能及磁场定向控制（FOC）的高端产品均有覆盖。
图5：集成了轨迹规划、位置控制、磁场定向电流控制以及功率放大功能的模块化无刷直流驱动器。
这类电机驱动器通常从外部设备接收指令数据包，以设定所需控制参数与运动轨迹。其又可细分为几类架构：紧耦合系统，从主轨迹发生器接收连续的位置或转矩数据流；松耦合系统，接收高层完整运动指令，运动轨迹由驱动器内部自行生成。
还有一类主流替代方案，支持将用户应用程序或运动流程下载至驱动器内部并直接运行，这类驱动器常被称作智能无刷直流驱动器或独立式无刷直流驱动器。
多数无刷直流控制驱动器除支持正交编码器外，还兼容多种运动外设接口，包括BiSSC数字串行编码器、模拟正余弦编码器、SPI总线编码器，以及其他支持绝对式和增量式位置输入的编码器。
无刷直流控制驱动器功率覆盖范围极广，从100W及以下直至2.5kW以上均有对应型号。该类无刷直流驱动器还可通过各类现场总线与主控设备通信，包括RS-485、CAN总线、CANopen、Profibus、Profinet、DeviceNet、以太网、EtherNet/IP以及EtherCAT。
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