典型的有刷直流电机是一种非常方便但噪音较大的设备。电刷通过实现极性反转（换向），使得电机在施加恒定的直流电压时转动。然而，电刷的工作原理导致了瞬态干扰，这些干扰不仅影响电机连接电路的性能，还通过电磁干扰（EMI）影响周围的其他组件。

显而易见的解决方案是去除电刷，这催生了无刷直流电机。问题在于，如何在没有电刷提供持续极性反转的情况下使电机正常运行？

无刷直流电机的工作原理

要理解这一点，我们首先需要了解电机的基本驱动方式。电机通常由全桥电路驱动，后者由四个晶体管组成，电流可以沿任一方向通过负载进行传输。虽然电源电压始终为正，但通过控制晶体管的开关，可以反转电机磁场的极性。

问题在于，我们必须知道何时反转极性。在有刷直流电机中，电刷自动同步换向，但在无刷电机中，需要电子设备来代替电刷完成这一任务。为此，最常用的方式是通过霍尔效应传感器获取转子的位置反馈。

控制器与驱动桥 + 霍尔传感器

ROHM的BU69090NUX（通常称为6909）是一款为笔记本电脑冷却风扇设计的单相电机驱动器。尽管它的主要应用是驱动冷却风扇，但一些创新的读者可能会发现其他用途。

（图取自BU69090NUX数据表）

在6909中，霍尔元件集成在芯片内部，这意味着它无法直接驱动距离远的电机。虽然数据表并未明确描述IC与电机之间的物理关系，但该芯片提供了足够的信息来帮助我们理解其工作方式。

6909是一款单相驱动器，配备了一个全桥电路来驱动电机的单个绕组。这与三相无刷直流电机有所不同，后者有三个绕组，并且需要由多个控制电路来实现换向。

霍尔传感器的信号

完成无刷直流电机控制不仅需要霍尔传感器，还需要对霍尔信号进行处理。通常，霍尔信号会经过偏移消除块，并被数字化处理。为了确保驱动器能适应不同的电机特性，6909还配备了自动增益控制（AGC）功能。AGC可以自动补偿反馈信号幅度的变化，这些变化可能由于电机特性或电机与芯片的相对距离而发生。

AGC使得6909变得更加通用，能够适应不同应用中的反馈信号，从而提高了用户友好性。

电机速度控制

电机的速度控制在许多应用中都非常重要。对于直流电机，常见的做法是通过改变输入电压来调节转速，但这并不适用于无刷直流电机。无刷直流电机通常由恒定电压源驱动，因此转速调整通常依赖于改变电机驱动信号的占空比。

6909的速度控制通过PWM（脉宽调制）输入引脚实现。通过调节输入PWM信号的占空比，可以间接控制电机驱动信号的PWM输出。

（图取自BU69090NUX数据表）

输出信号的PWM特性相对于输入信号会更加复杂。具体而言，电机驱动信号的极性会随着霍尔传感器检测到的磁极性变化而反转。同时，FG输出信号可以用于反馈电机状态信息。通过PWM输入控制输出PWM，但频率不同，且在转换事件之前和之后会出现“软开关”功能，即平滑的开关切换，避免了电机在切换过程中的电流峰值。

总结

无刷直流电机通过电子换向替代了有刷直流电机中的机械换向器。这种设计使得电机的工作更加高效，并减少了由于电刷产生的噪音和电磁干扰（EMI）。通过霍尔传感器提供的反馈信号，控制器可以实现精确的转子位置检测，从而确保电机能够顺利运行。而速度控制则通过脉宽调制（PWM）方式调整输出信号的占空比，进一步优化了电机的性能。