一、無刷直流電機(jī)簡介

無刷直流電機(jī)（BLDC：Brushless DC Motor）是一款應(yīng)用廣泛、性能穩(wěn)定的電動(dòng)機(jī)，是多個(gè)領(lǐng)域重要的驅(qū)動(dòng)部件，兼具傳統(tǒng)直流電機(jī)的優(yōu)異調(diào)速性能與交流電機(jī)的高結(jié)構(gòu)可靠性。其取消了傳統(tǒng)碳刷與滑環(huán)結(jié)構(gòu)，通過電子電路實(shí)現(xiàn)無接觸換向，可實(shí)現(xiàn)低速大功率運(yùn)行，且具備體積小、重量輕、穩(wěn)定性強(qiáng)、效率高、壽命長、噪聲低及優(yōu)良轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于汽車、工業(yè)自動(dòng)化、家用電器等多個(gè)行業(yè)。

二、方案介紹

（一）、核心硬件組成及關(guān)鍵參數(shù)

1、單控制器方案：納芯微NSUC1610

NSUC1610是一款集成4路半橋驅(qū)動(dòng)器的專用電機(jī)控制芯片，可直接驅(qū)動(dòng)BLDC，無需額外驅(qū)動(dòng)器，有效節(jié)省成本，核心配置與性能參數(shù)如下：

控制模式：NSUC1610兼容有傳感器（如霍爾傳感器）和無傳感器兩種BLDC控制方式，適配性與靈活性強(qiáng)。

核心與存儲(chǔ)：其搭載ARM Cortex-M3 32位內(nèi)核，配備64KB Flash、4KB SRAM及512B EEPROM，滿足電機(jī)控制的程序存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)處理需求。

時(shí)鐘與電壓：支持32MHz高精度振蕩器（保障控制精度）和35KHz低功耗低速時(shí)鐘（適配低功耗場景）；工作電壓范圍包括BVDD—5.5V~18V（主電源）、DVDD—1.62V~1.98V（數(shù)字電源，不可外部供電）、AVDD—4.5V~5.5V（模擬電源，輸出電流＜25mA），適配多種供電場景。

外設(shè)與通信：含1個(gè)12位高精度ADC、3個(gè)快速反電動(dòng)勢（BEMF）比較器；集成LIN PHY模塊，支持LIN2.2通信協(xié)議；提供4路半橋輸出，高邊/低邊導(dǎo)通阻抗典型值0.5Ω，持續(xù)輸出電流1A（RMS），峰值電流1.8A，適配電機(jī)驅(qū)動(dòng)需求。

2、搭配傳感器方案：納芯微MT6701霍爾傳感器

NSUC1610配合納芯微的MT6701霍爾傳感器，可實(shí)現(xiàn)更高精度的電機(jī)控制，核心特性如下：

傳感技術(shù)：基于差分水平霍爾磁感應(yīng)原理，支持0~360°全量程角度檢測，角度精度＜±1°，能精準(zhǔn)識別電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。

輸出接口：接口配置豐富，包括I2C、SSI、ABZ、UVW、模擬/PWM及Z軸按鍵功能，可靈活適配不同數(shù)據(jù)傳輸需求。

性能指標(biāo)：最高支持55000RPM轉(zhuǎn)速，輸出傳播延遲僅5us，響應(yīng)速度快；工作電流典型值14mA，VHBM=±6kV、VCDM=±1kV，抗干擾能力強(qiáng)。

（二）、方案控制特性與性能表現(xiàn)

1、控制優(yōu)勢

反電動(dòng)勢比較器（BEMFC）在不同轉(zhuǎn)速下對稱性良好，可提升電機(jī)運(yùn)行效率，減少發(fā)熱損耗；搭配MT6701的5μs低延遲角度輸出，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)閉環(huán)控制。

支持寬速度范圍閉環(huán)控制，同時(shí)能基于霍爾信號或集成BEMFC模塊輸出信號實(shí)現(xiàn)位置控制，控制精度與穩(wěn)定性突出。

NSUC1610的12位高精度ADC（轉(zhuǎn)換時(shí)間1μs）可快速采集相電壓、相電流信號，配合芯片內(nèi)置的過壓、欠壓、熱關(guān)斷保護(hù)，進(jìn)一步提升方案可靠性。

2、無負(fù)載波形特性

無負(fù)載條件下，電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速區(qū)間（5000RPM、10000RPM、15000RPM、20000RPM）的相電壓與相電流波形均保持穩(wěn)定對稱。其中，相電壓量程為5V/div，相電流量程為500mA/div，時(shí)間基準(zhǔn)根據(jù)轉(zhuǎn)速適配（5ms/div或2ms/div），體現(xiàn)出優(yōu)異的運(yùn)行一致性與電氣穩(wěn)定性。

（三）、電機(jī)對托實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1、實(shí)驗(yàn)條件

控制板驅(qū)動(dòng)占空比100%，逐步增加電機(jī)扭矩，測試扭矩與相電壓、電流、效率、功率、轉(zhuǎn)速的關(guān)聯(lián)曲線。

2、核心實(shí)驗(yàn)結(jié)論

轉(zhuǎn)速與扭矩關(guān)系：隨著扭矩增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速呈下降趨勢（例如7.9mN.m對應(yīng)22000RPM，1.7mN.m對應(yīng)8800RPM等），扭矩-轉(zhuǎn)速曲線線性度良好。

效率對比：國產(chǎn)Novosns方案峰值效率為75%，Maxon方案峰值效率為76%，兩者效率表現(xiàn)接近，處于同級別高效水平。

電氣參數(shù)特性：實(shí)驗(yàn)過程中，相電壓、相電流隨扭矩增大呈平穩(wěn)上升趨勢，無明顯波動(dòng)，驗(yàn)證了方案在不同負(fù)載下的電氣穩(wěn)定性。

三、核心產(chǎn)品介紹：

（一）NSUC1610控制器

NSUC1610是納芯微一款高集成的專用電機(jī)控制處理器芯片，特別適用于小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以驅(qū)動(dòng)有刷直流電機(jī)、無刷直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等多種電機(jī)，在汽車領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。核心特性補(bǔ)充如下：

符合AEC-Q100汽車電子標(biāo)準(zhǔn)，最高結(jié)溫可達(dá)175℃，工作溫度范圍為-40℃~150℃，適配極端工況。

集成過壓保護(hù)（LIN端口、BVDD引腳寬電壓耐受）、欠壓檢測（BVDD欠壓閾值4檔可編程）、熱關(guān)斷保護(hù)（TSD），同時(shí)I/O端口支持5V耐壓，高可靠性。

內(nèi)核是基于ARM指令集的Cortex-M3，采用哈佛結(jié)構(gòu)，使用獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線和地址總線，提高了傳輸?shù)刂沸盘柡蛿?shù)據(jù)信號的效率。

物理特性：采用QFN32（5×5mm）封裝，暴露焊盤需焊接至PCB以保障散熱；引腳數(shù)量32個(gè)，I/O輸出電流±4mA，MOUT引腳持續(xù)電流1A、峰值1.8A，滿足小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)需求。

（二）MT6701霍爾傳感器

MT6701是麥歌恩（現(xiàn)屬納芯微）推出的新一代基于差分水平霍爾磁感應(yīng)原理的角度位置傳感器芯片。芯片內(nèi)部通過集成兩對互成90°放置的差分霍爾惠斯通電橋，感應(yīng)在芯片X-Y平面上旋轉(zhuǎn)磁鐵的Z軸磁場分量，并隨著磁場角α的變化輸出兩路正弦的電壓信號，再經(jīng)后續(xù)專用電路的放大、補(bǔ)償和計(jì)算后得到角度值α，抗雜散磁場干擾能力優(yōu)異。

提供替代傳統(tǒng)光電編碼器的增量ABZ輸出接口，增量輸出最大分辨率為1024脈沖/圈（4096步/圈），可編程。

提供替代開關(guān)霍爾換相的增量UVW信號，1~16對極可編程。

配備標(biāo)準(zhǔn)的I2C或SSI接口，支持讀取14位絕對角度數(shù)據(jù)，I2C時(shí)序兼容標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，SSI支持CRC校驗(yàn)。

單線輸出的PWM或者模擬信號，提供分辨率為12位的絕對角度數(shù)據(jù)。

PUSH引腳支持非接觸式按壓識別，可通過寄存器配置靈敏度與響應(yīng)時(shí)間，拓展人機(jī)交互場景。

內(nèi)部集成了EEPROM，燒寫電壓為4.5V~5.5V，支持參數(shù)反復(fù)多次擦寫。

MT6701參數(shù)表

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審核編輯 黃宇