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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，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絡來產生一個虛擬中性點（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）。

霍爾效應傳感器式替代反電動勢的方法

圖 4c：信號被 ADC 采樣后就會同與零點對應的數(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，不會產生反電動勢，這樣 MCU 就無法知道定子和轉子位置信息。

解決方法就是通過以預定序列激勵線圈來啟動處于開環(huán)配置的電機。當電機看似運轉效率不高時，就會開始循環(huán)該序列。最終，速度將足以產生足夠的反電動勢，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速度成正比，因此在需要較低速度的應用中，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，促使半導體廠商們開發(fā)專門針對此類裝置控制和驅動的專用芯片。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器件就可以驅動電機。這些外設包括三相 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。據該公司所稱，任務要求 MCU 具有快速響應能力來實時處理 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)產品快速上市。應用包括次 50 V 和 7 A 無刷電機，用于驅動醫(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備。

霍爾效應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 電機驅動器。容－源－電－子－網－為你提供技術支持

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