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圖 3：無傳感器三相 BLDC 電機的控制電路（Microchip 提供）。

檢測反電動勢的方法

有多種技術(shù)來測量反電動勢。最簡單的方法就是用比較器將反電動勢與一半的直流總線電壓比較。圖 4a 顯示了這樣一個系統(tǒng)的示意圖。在圖示情況下，比較器連接到線圈 B，完整的系統(tǒng)每個線圈都應(yīng)該連接有一個比較器。在此圖中，線圈 A 正向激勵，線圈 C 反向激勵，而線圈 B 則開路。當實現(xiàn)此相位的激勵序列時，反電動勢就會上升和下降。

這一簡單比較器方法主要缺點就是三個繞組可能沒有相同的特征，造成實際零交叉點的正負相移。電機仍可能在運轉(zhuǎn)，但可能消耗過多電流。

解決方法就是通過使用與電機繞組并接的三個電阻網(wǎng)絡(luò)來產(chǎn)生一個虛擬中性點（如圖 4b 所示）。反電動勢然后就會與虛擬中性點進行比較。

第三種方法是采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）（如圖 4c）。為 BLDC 電機控制提供的許多 MCU 包括適合作此用途的高速 ADC。采用這種方法后，反電動勢就會衰減，以便可以直接饋送給 MCU。信號被 ADC 采樣后就會同與零點對應(yīng)的數(shù)字值比較。當這兩個值匹配時，線圈激勵序列就會變址到下一步。這種技術(shù)具有一定優(yōu)勢，如允許使用數(shù)字濾波器來清除反電動勢信號中的高頻切換成份。²

霍爾效應(yīng)傳感器式替代反電動勢的方法

圖 4a：測量反電動勢的簡單比較器電路（Microchip 提供）。

霍爾效應(yīng)傳感器式替代反電動勢的方法

圖 4b：通過實施虛擬中性點可以改進簡單比較器電路（Microchip 提供）。

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圖 4c：信號被 ADC 采樣后就會同與零點對應(yīng)的數(shù)字值比較（Microchip 提供）。

無傳感器 BLDC 電機控制有一大不足，就是當電機靜止時，不會產(chǎn)生反電動勢，這樣 MCU 就無法知道定子和轉(zhuǎn)子位置信息。

解決方法就是通過以預(yù)定序列激勵線圈來啟動處于開環(huán)配置的電機。當電機看似運轉(zhuǎn)效率不高時，就會開始循環(huán)該序列。最終，速度將足以產(chǎn)生足夠的反電動勢，供控制系統(tǒng)切換到正常閉環(huán)運行狀態(tài)（有效狀態(tài)）。

由于反電機勢與旋轉(zhuǎn)速度成正比，因此在需要較低速度的應(yīng)用中，無傳感器 BLDC 電機可能不是一個好的選擇。此時帶有霍爾效應(yīng)傳感器的 BLDC 電機可能是更好的選擇。

無傳感器 BLDC 電機控制系統(tǒng)

無傳感器 BLDC 電機的不斷流行，促使半導(dǎo)體廠商們開發(fā)專門針對此類裝置控制和驅(qū)動的專用芯片。典型的電機控制系統(tǒng)由一個 MCU 加上一個 IGBT（或 MOSFET）驅(qū)動器組成。

有許多 MCU 可供無傳感器 BLDC 電機使用，范圍覆蓋低成本的 8 位器件到較高性能的 16 位和 32 位器件，全部只需要最少的外設(shè)器件就可以驅(qū)動電機。這些外設(shè)包括三相 PWM、ADC 和用于過流保護的比較器。³

Zilog 提供 Z16FMC 系列 16 位 MCU 用于無傳感器 BLDC 電機控制。據(jù)該公司所稱，任務(wù)要求 MCU 具有快速響應(yīng)能力來實時處理 PWM 更新。 Z16FMC 能夠在 ADC 和定時器之間以及比較器與 PWM 輸出之間提供自動互操作。圖 5 顯示了 Zilog 電機控制 MCU 的框圖。

霍爾效應(yīng)傳感器式替代反電動勢的方法

圖 5：Zilog Z16FMC 電機控制 MCU 框圖。

Microchip PIC18F2431 也是用于無傳感器 BLDC 電機控制的常用 MCU。該芯片使用 8 位處理器并可工作在多達 16 MIPS 的指令速度下。 PIC18F 系列的變型器件將三相電機控制 PWM 外設(shè)與多達八個輸出和 10 或 12 位 ADC 綜合在一起。

Texas Instruments （TI）為其零件提供了一個用于三相 BLDC 裝置的電機控制評估套件。。按照該公司所述，DRV8312-C2-KIT（圖 6）– 基于 DRV8312 PWM 電機驅(qū)動器– 就是一種無傳感器磁場定向控制（FOC）和傳感器/無傳感器梯形變換平臺，從而加速開發(fā)，實現(xiàn)產(chǎn)品快速上市。應(yīng)用包括次 50 V 和 7 A 無刷電機，用于驅(qū)動醫(yī)用泵、門、電梯和小型泵以及工業(yè)和消費機器人與自動化設(shè)備。

霍爾效應(yīng)傳感器式替代反電動勢的方法

圖 6：TI 的三相 BLDC 電機評估套件基于 DRV8312 PWM 電機驅(qū)動器。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持

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