无刷直流电机运行安静，使用寿命长。它浪费的能源也很少。不过，它需要一块驱动板才能工作。该电路板可读取转子位置，并适时切换六个大 MOSFET。它还有助于控制热量。电路板看起来很简单：三个半桥、三个霍尔传感器和一个小型 MCU，使它们保持同步。在现实生活中，线路会互相干扰，接地平面会违背物理定律，功率级的噪声会试图淹没霍尔信号。本文介绍了这些主要问题，并展示了如何在不使用魔法或昂贵部件的情况下解决这些问题。
在厚铜板上保持大电流。 六个 MOSFET 制作三个半桥，每个半桥与一个电机相位相连。电流很大，因此薄铜会发热。让大电流路径短而宽。使用两盎司铜，并在两侧浇注大平面。将高压侧漏极和低压侧源极放在大电解电容旁边。回路越短，噪音越小。
无刷直流电机驱动器接地隔离
信号部件需要安静接地，但电机电流必须返回电池。如果两者共用一条迹线，则电机脉冲升起。 MCU 接地 和霍尔线的晃动。将接地分成两部分：电源接地和信号接地。在 MOSFET 和分流器下方将电源接地作为一个厚的浇注层。在 MOSFET 和分流器下面以单独的浇注方式接通信号地线。 微控制器栅极驱动器和霍尔传感器。只在一个点连接两个地线，就在主电容负极旁边。这一个点可以使噪声远离大脑。
无刷直流电机驱动器电路的热管理
MOSFET 开关速度很快，但每个开关都会浪费一点能量，这些能量会转化为热量。D2PAK 等封装的底部有一个金属垫。在每个器件下面放置一个同样大小的铜垫。在背面直接钻小通孔。这些通孔将热量带到一个大的铜平面或铝散热片上。使用 0.3 毫米钻孔，间距为 1 毫米；小而多比大而少效果好。如果电路板必须安装在狭小的盒子里，可在背面栓上散热片，并用散热垫填充缝隙。测量负载下的温度；将结点温度保持在 125 °C 以下，电路板就能经久耐用。
无刷直流电机驱动器的噪声滤波技术
电机 电线就像天线，因此要在连接器上安装一个共模扼流圈。在正负极之间添加一个小型 X2 电容，在每条导轨与地之间添加两个 Y 电容。将电容安装在连接器引脚处，这样噪声就不会进入电路板。用接地线屏蔽霍尔导线的两侧，并使传感器导线与相线保持至少 5 毫米的距离。在每个半桥上放置一个 10 Ω 和 1 nF 的缓冲器；它能以几分钱的价格吸收振铃。
无刷直流电机驱动器中的霍尔传感器电源
霍尔传感器的工作电压为 5 V，输出脉冲很小，因此任何纹波都会影响定时。使用靠近传感器的 LDO 对 5 V 电压轨进行滤波，并在每个传感器上添加 100 nF 和 10 µF 电容。将传感器线缆直接连接到 MCU 引脚，不要穿过大电流路径。如果电机电缆较长，可扭转霍尔线，并在电路板侧添加一个小铁氧体磁珠。
无刷直流电机驱动器的栅极驱动布局
MCU 通过六条 PWM 线路与栅极驱动器通信。请将这些线路保持较短，并远离电源回路。将栅极驱动器集成电路置于 MCU 和 MOSFET 之间，使栅极回路只有几厘米长。使用 10 Ω 栅极电阻来减慢边缘速度，使其足以消除振铃，但又不至于使场效应管发热。在每个 MOSFET 的栅极到源极之间放置一个 1 kΩ 电阻器；当电路板关闭时，它可以防止栅极浮起。
无刷直流电机驱动器元件选择指南
如果驱动器在 12 V 电压下运行，则应选择低 RDS(on) 的 MOSFET 和逻辑级栅极。选择具有内置磁滞的霍尔传感器，这样它们在低速时就不会抖动。选择 ESR 低、额定温度为 105 °C 的电容器；它们在热 FET 旁的寿命更长。
无刷直流电机驱动器的逐步测试
分步测试。首先，给 MCU 供电并用手旋转电机；检查霍尔线是否发生变化。然后，在没有电机的情况下运行栅极驱动器，查看栅极波形；它们应该是方形且干净的。然后连接电机并以低电流运行；感觉场效应管并检查它们是否保持冷却。最后，将电机加载到最大扭矩，并观察温度十分钟。如果散热片太热，可增加铜或小型风扇。
