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拆解一款超大功率4800W BLDC 控制器，看看里面物料

面包板社区 · 公众号 · · 2024-06-05 11:42

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直流无刷马达（ Brushless Direct Current BLDC Motor）在无人驾驶物流车、智能车ROS（Robot Operating System）车上应用具有多方面的好处。

1.精确控制与高响应性： 直流无刷马达通过电子换向实现精准的控制，能够迅速响应控制信号，这对于自动驾驶汽车的即时加速、减速和精确位置控制至关重要。在ROS框架下，这种高精度控制可以通过精细的软件算法进一步优化，以实现更平滑的驾驶体验和更高的行驶安全性。

2.高效节能： 相比于有刷电机，无刷直流马达能效更高，转换效率可达85%以上，这有助于延长ROS车的续航里程，减少能源消耗，对于电动车尤其重要。

3.低维护成本： 无刷设计消除了传统电刷和换向器，减少了磨损部件，这意味着更低的维护需求和更长的使用寿命，对于长期运行的自动驾驶车辆来说，可以显著降低运营成本。

4.安静运行： 无刷马达运行时噪音低，没有电刷摩擦产生的噪音，这提升了乘坐舒适度，并减少对环境的噪音污染，符合自动驾驶车辆追求的高品质乘坐体验。

5.耐用性与可靠性： 由于没有物理接触的换向部件，无刷电机更加耐用，不易受尘埃、湿度等环境因素影响，提高了整个ROS车系统的可靠性和稳定性，这对于确保自动驾驶安全至关重要。

6.易于集成至ROS系统： 无刷直流马达可通过编码器或霍尔效应传感器提供精确的位置反馈，这些反馈信号可以直接接入ROS的控制节点中，便于进行高级运动控制算法的开发和实施，如PID控制、路径规划和障碍物规避策略。

这些优势直接关联到自动驾驶车辆的性能、效率与可靠性。直流无刷马达在ROS车辆中的应用不仅提高了车辆的性能表现，还增强了系统的整体可靠性和经济性，是实现高效、精准和环保自动驾驶的重要组成部分。

下面拆解一款超大功率4800W BLDC 控制器，看看里面物料。

无刷电机控制器在工作时会因电力转换而产生大量热量，有效地管理这些热量是保证控制器稳定性和延长使用寿命的关键。大功率超过100A，要求散热很好，这款全铝外壳，保证散热需求。利用热管技术将热量从发热源快速传递到大面积的散热片上，再通过自然对流或强制风冷散出。热管因其高导热效率，在紧凑型设计中尤为有用。

在高功率应用或空间受限的场合，可能会采用液体冷却技术，如内部油冷却。这种冷却方式通过循环冷却液（如特殊设计的电机油）流经电机或控制器的关键发热部件，更高效地吸收并带走热量。有些设计甚至结合了绕组喷油冷却、定子油冷却和转子油冷却，以实现更全面的温度控制。

除了主动散热措施，无刷电机控制器还会配备过温保护电路，当检测到温度超过预设阈值时，通过降低输出功率、启动冷却风扇或完全关闭系统来防止损坏。

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这款BLDC控制器没有使用高上大的专用电机控制器，使用通用的处理器STM32F103系列。无刷直流电机的控制基于6步换相法，通过适时切换电机绕组的电流方向来维持电机的连续旋转。STM32F103X可以利用其高级定时器（如TIM1、TIM8）的互补输出功能来直接驱动MOSFET桥，从而控制电机绕组的电流流向。对于无感或有感电机，还可以采用更高级的控制策略，如磁场定向控制（FOC），以获得更好的性能。

无刷电机控制是基于6步换相法，六步换相法是一种基本且广泛应用的控制策略。这种方法是基于无刷电机的三相定子绕组和永磁转子的设计，通过依次给电机的三相绕组通电来产生旋转磁场，从而驱动转子转动。

可以看到用了很多74HC244，74HC244是一款高速CMOS（互补金属氧化物半导体）逻辑芯片，主要用于STM32单片机系统中的信号放大、隔离以及反相操作。4HC244拥有20个引脚，包括16个数据传输引脚和4个用于供电及接地的引脚。这16个数据引脚分为两组，每组8个，分别由两个输出使能（OE）引脚（1OE和2OE）控制。74HC244能够将微控制器或其他低功率电路的信号放大，使其适合驱动更高负载或更长的信号线，从而增强信号完整性和稳定性。同时，它还能起到电气隔离作用，保护输入信号源不受输出电路的干扰。

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SKYSILICON 的MOS管，好像华润微有点关系。SKD502T。

驱动原理：STM32通过配置寄存器输出六路PWM控制信号，其最高电压也只有3.3V，不能直接驱动电机，而是通过控制功率管的开关来使电机运行，驱动电路一般是由多个MOS管组成的驱动桥和电机驱动桥功率管构成。无刷电机的换向是换相是依靠转子位置的检测进行的，其中有感驱动方式是利用霍尔传感器检测转子位置的，无感驱动方式是通过检测和计算无刷电机转动过程中的电流、电压等参数变化，推测转子位置，进而进行换相的。

提升无刷电机的性能往往需要从优化其功率电子组件着手，其中MOS管（金属氧化物半导体场效应晶体管）扮演了至关重要的角色。这款驱动器是采用两卷MOS并联提供器电流驱动能录。

1.高效能开关： MOS管作为开关元件，能够在控制电路的指令下迅速开启或关闭，以控制流经电机绕组的电流。高效的开关特性减少了能量损失，提高了电机的整体效率和响应速度。

2.低导通电阻： 高质量的MOS管具有低导通电阻，这意味着在导通状态下通过的电流遇到的阻力小，从而减小了发热和能量损耗，有利于提升电机的持续输出功率和工作效率。

3.热管理： 无刷电机在高功率运行时会产生大量热量，MOS管的选择直接影响到系统的散热效果。具有良好热性能的MOS管能够承受更高的工作温度，减少热失控的风险，并延长电机控制器的使用寿命。

4.PWM控制兼容性： 通过脉冲宽度调制（PWM）信号控制MOS管，可以精确调节供给电机的平均电压，从而实现电机速度的精细控制和高效调速，这对于许多需要动态响应和节能的应用至关重要。

5.保护机制： 在复杂的电机控制系统中，MOS管还可以集成过流、过热等保护功能，帮助系统在异常条件下自动切断电流，避免电机或控制器损坏。

继续看，几个100V1000u大电容很显眼。在无刷直流（BLDC）电机驱动器中，"大电容"通常指的是与电源输入端或驱动器内部稳压电路相连的大容量电解电容器。这些大电容的作用至关重要，主要包括以下几个方面：

1. 滤波和平滑： 大电容能够存储电能，并在电源电压波动时释放或吸收能量，以此来平滑电源电压，减少纹波，确保电机驱动器得到稳定、干净的直流电源输入。这对于电机的稳定运行和减少电磁干扰（EMI）非常重要。

2. 瞬时能量供应： 在电机启动、加速或负载突变等需要瞬间大电流的情况下，大电容能够迅速提供或吸收能量，弥补电源供应的不足，保证电机驱动器有足够的电流供应，避免电压跌落导致的电机失速或控制系统重启。

3. 改善动态响应： 通过提供瞬时能量，大电容有助于提升系统对电机控制命令的响应速度，尤其是在需要快速加减速的应用场景中，能够确保电机更加迅速、精确地跟随控制信号变化。

4. 保护电路： 大电容有助于抑制电源线上的尖峰电压和浪涌电流，保护驱动器的敏感电子元器件免受损害，延长驱动器和电机的使用寿命。

5. 维持稳定工作： 在多台电机或复杂电气系统中，大电容有助于维持整个系统的电压稳定，减少一台电机启动或停止对其他设备的影响，确保各部分协调一致地工作。

总之，大电容在BLDC驱动器中起到了储能、滤波、稳定电压和提高动态响应等关键作用，是确保电机高效、稳定运行不可或缺的组成部分。

以上就是一款大功率无刷电机控制器拆解，希望对大家有用途。一下用这款控制器开发的小车。

作者：面包板社区 博主 abner_ma

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