这一章在干嘛？
正式进入无刷世界：先搞清无刷与有刷的结构差异（谁转谁不转对调了），再认识 BLDC/PMSM 两兄弟、极对数与 KV 值等参数，最后吃透六步换相与霍尔传感器——后面 5 章全部以此为基础。
21.1 无刷 vs 有刷，BLDC vs PMSM
直流无刷电机（BLDCM）没有电刷和换向器：绕组不转（定子）、永磁体转（转子）——与有刷电机正好对调。绕组通常 3 组、星形接法，尾端内部接成公共点，引出 U/V/W 三根相线；换向由外部电路完成，需要知道转子位置——一般内置 3 个霍尔传感器（5 根细线：VCC、GND、三路霍尔输出）。
| 对比 | 直流有刷 | 直流无刷 |
|---|---|---|
| 换向方式 | 电刷 + 换向器（机械） | 外部电路（电子） |
| 寿命/噪音 | 短 / 大 | 长 / 低 |
| 转速 | 不高 | 快 |
| 成本/控制 | 便宜、简单 | 贵、复杂 |
按驱动方式分类：外转子式 BLDC（四轴飞行器）、内转子式 BLDC（工业工控，常配减速齿轮）、正弦波驱动的 PMSM（配高精度编码器，FOC 主角）。
原书图 21.1.2.1：驱动方式分类示意图
原书图 21.1.2.2：外转式 BLDC
原书图 21.1.2.3：内转式 BLDC
原书图 21.1.2.4：永磁同步电机（PMSM）
BLDC 与 PMSM 的分水岭是反电动势波形：
BLDC 是 梯形波 ——绕组两两导通、控制算法简单（方波驱动）；PMSM 是 正弦波 ——三相全导通、需要 FOC（第 27 章）。
原书图 21.1.3.1：绕组方式区别：集中绕组 vs 短距分布绕组
21.2 主要参数：极对数与 KV 值
- 极对数：转子 NS 极对的个数。2 对极电机的电角度转速是机械转速的 2 倍——后面测速、SVPWM 全按电角度算；
- KV 值：每伏特电压对应的空载转速。匝数多 → KV 低 → 扭力大电流小；匝数少 → KV 高 → 电流大扭力小。
主角电机 ATK-BL57H95D20E：4 磁极（2 对极）、三相、额定 24V / 3000RPM / 0.33N·m / 6.6A、功率 105W、反电势 6.6V/kRPM、线电阻 0.4Ω、线电感 0.8mH。
21.3 基本控制原理：六步换相
定子三组线圈等效成三个「电磁铁」，按右手螺旋定则，通电线圈产生磁场牵引永磁转子（异性相吸）。
原书图 21.2.1：右手螺旋定则示意图
原书图 21.2.2：通电线圈与磁体的等效图
因为两两导通（一相接正、一相接负、一相悬空），三相通电组合只有 6 种——「六步换相」由此得名：
原书图 21.2.8：无刷电机定子顺序换向步骤
| 步 | +24V | 悬空 | GND | 导通管 |
|---|---|---|---|---|
| ① | U | V | W | U+ 与 W− |
| ② | U | W | V | U+ 与 V− |
| ③ | W | U | V | W+ 与 V− |
| ④ | W | V | U | W+ 与 U− |
| ⑤ | V | W | U | V+ 与 U− |
| ⑥ | V | U | W | V+ 与 W− |
顺序相反即反转。极性切换靠三相逆变电路：三个半桥（6 个 MOS），上桥臂导通该相接正、下桥臂导通接负。
原书图 21.2.9：三相逆变电路
铁律：
同一半桥的上下管 严禁同时导通 ——电源直接对地短路，烧驱动器烧电源。
直接给满电压转速就失控，所以用 PWM 代替简单的高低电平来调速。常见 5 种调制方式：H_PWM-L_ON（本书采用）、PWM-ON（换相转矩脉动最小）、ON-PWM、H_ON-L_PWM、H_PWM-L_PWM（脉动最大）。一般单极性调制转矩波动更小。
原书图 21.2.11：PWM 方式驱动无刷电机
原书图 21.2.12：PWM 调制方式
21.4 霍尔传感器与硬件平台
3 个霍尔传感器在空间上相隔 120° 电角度均布，转子磁场扫过时输出高低电平组合（6 种有效状态），正好对应 6 个 60° 扇区——按状态查表换相即可。
原书图 21.3.2：磁场变化及霍尔输出信号图示
原书图 21.3.3：霍尔传感器安装位置 120° 电角度
原书图 21.3.4：霍尔传感器信号变化图示
/* 正转换相表逻辑（霍尔 W V U → 导通管），由 22 章代码实现 */
/* 霍尔(W V U)=1 0 1 -> U+ 打开, V- 打开 */
/* 霍尔(W V U)=0 0 1 -> U+ 打开, W- 打开 */
/* 霍尔(W V U)=0 1 1 -> V+ 打开, W- 打开 */
/* 霍尔(W V U)=0 1 0 -> V+ 打开, U- 打开 */
/* 霍尔(W V U)=1 1 0 -> W+ 打开, U- 打开 */
/* 霍尔(W V U)=1 0 0 -> W+ 打开, V- 打开 */
驱动板 ATK-PD6010B：6 路 PWM 经高速光耦 TLP2355 → 3 颗 IR2110S 栅极驱动 → 6 颗 MOS IRFS3607 组成三相桥；SD_IN 低电平正常输出、高电平关断（类似刹车）。选用图腾输出型光耦是因为输入悬空时默认输出低，上下管都关断，安全；若用开集型，悬空被上拉为高会同时打开上下管——直接短路。
原书图 21.3.5：有感驱动整体框图
接线：
电机三根粗线 U/V/W 接驱动板（黄 U、绿 V、蓝 W），五根细线霍尔接 CN2（红 5V、黑 GND、黄/绿/蓝 = HALU/V/W），驱动板与开发板 24P 排线直连。此接线适用于后续所有无刷章节。
1. BLDC 与 PMSM 最主要的区别是什么？
反电动势波形不同：BLDC 接近梯形波，绕组两两导通、控制简单（方波驱动）；PMSM 接近正弦波，三相全导通，需要 FOC 等复杂算法。
2. 为什么不能让同一半桥的上下管同时导通？驱动板选图腾输出光耦有何好处？
同侧上下管同时导通会使电源直接对地短路、烧毁驱动器甚至电源；图腾输出光耦在输入悬空时默认输出低电平，保证上下管都关断，安全。
3. 某无刷电机极对数为 2、KV 值 300，接 24V 电源，机械转速与电角度关系如何？
理想空载转速 ≈ KV × 电压 = 300 × 24 = 7200RPM；电角度 = 机械角度 × 极对数，2 对极时电角度转速是机械转速的 2 倍。