霍爾效應傳感器式替代反電動(dòng)勢的方法
圖 3：無(wú)傳感器三相 BLDC 電機的控制電路（Microchip 提供）。
檢測反電動(dòng)勢的方法
有多種技術(shù)來(lái)測量反電動(dòng)勢。 最簡(jiǎn)單的方法就是用比較器將反電動(dòng)勢與一半的直流總線(xiàn)電壓比較。 圖 4a 顯示了這樣一個(gè)系統的示意圖。 在圖示情況下，比較器連接到線(xiàn)圈 B，完整的系統每個(gè)線(xiàn)圈都應該連接有一個(gè)比較器。 在此圖中，線(xiàn)圈 A 正向激勵，線(xiàn)圈 C 反向激勵，而線(xiàn)圈 B 則開(kāi)路。 當實(shí)現此相位的激勵序列時(shí)，反電動(dòng)勢就會(huì )上升和下降。
這一簡(jiǎn)單比較器方法主要缺點(diǎn)就是三個(gè)繞組可能沒(méi)有相同的特征，造成實(shí)際零交叉點(diǎn)的正負相移。 電機仍可能在運轉，但可能消耗過(guò)多電流。
解決方法就是通過(guò)使用與電機繞組并接的三個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò )來(lái)產(chǎn)生一個(gè)虛擬中性點(diǎn)（如圖 4b 所示）。 反電動(dòng)勢然后就會(huì )與虛擬中性點(diǎn)進(jìn)行比較。
第三種方法是采用模數轉換器 （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(dòng)勢就會(huì )衰減，以便可以直接饋送給 MCU。 信號被 ADC 采樣后就會(huì )同與零點(diǎn)對應的數字值比較。 當這兩個(gè)值匹配時(shí)，線(xiàn)圈激勵序列就會(huì )變址到下一步。 這種技術(shù)具有一定優(yōu)勢，如允許使用數字濾波器來(lái)清除反電動(dòng)勢信號中的高頻切換成份。²
圖 4a：測量反電動(dòng)勢的簡(jiǎn)單比較器電路（Microchip 提供）。
圖 4b：通過(guò)實(shí)施虛擬中性點(diǎn)可以改進(jìn)簡(jiǎn)單比較器電路（Microchip 提供）。
圖 4c：信號被 ADC 采樣后就會(huì )同與零點(diǎn)對應的數字值比較（Microchip 提供）。
無(wú)傳感器 BLDC 電機控制有一大不足，就是當電機靜止時(shí)，不會(huì )產(chǎn)生反電動(dòng)勢，這樣 MCU 就無(wú)法知道定子和轉子位置信息。
解決方法就是通過(guò)以預定序列激勵線(xiàn)圈來(lái)啟動(dòng)處于開(kāi)環(huán)配置的電機。 當電機看似運轉效率不高時(shí)，就會(huì )開(kāi)始循環(huán)該序列。 最終，速度將足以產(chǎn)生足夠的反電動(dòng)勢，供控制系統切換到正常閉環(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(wú)傳感器 BLDC 電機可能不是一個(gè)好的選擇。 此時(shí)帶有霍爾效應傳感器的 BLDC 電機可能是更好的選擇。
無(wú)傳感器 BLDC 電機控制系統
無(wú)傳感器 BLDC 電機的不斷流行，促使半導體廠(chǎng)商們開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)針對此類(lèi)裝置控制和驅動(dòng)的專(zhuān)用芯片。 典型的電機控制系統由一個(gè) MCU 加上一個(gè) IGBT（或 MOSFET）驅動(dòng)器組成。
有許多 MCU 可供無(wú)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(dòng)電機。 這些外設包括三相 PWM、ADC 和用于過(guò)流保護的比較器。³
Zilog 提供 Z16FMC 系列 16 位 MCU 用于無(wú)傳感器 BLDC 電機控制。 據該公司所稱(chēng)，任務(wù)要求 MCU 具有快速響應能力來(lái)實(shí)時(shí)處理 PWM 更新。 Z16FMC 能夠在 ADC 和定時(shí)器之間以及比較器與 PWM 輸出之間提供自動(dòng)互操作。 圖 5 顯示了 Zilog 電機控制 MCU 的框圖。
圖 5：Zilog Z16FMC 電機控制 MCU 框圖。
Microchip PIC18F2431 也是用于無(wú)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(gè)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(gè)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(dòng)器– 就是一種無(wú)傳感器磁場(chǎng)定向控制 （FOC） 和傳感器/無(wú)傳感器梯形變換平臺，從而加速開(kāi)發(fā)，實(shí)現產(chǎn)品快速上市。 應用包括次 50 V 和 7 A 無(wú)刷電機，用于驅動(dòng)醫用泵、門(mén)、電梯和小型泵以及工業(yè)和消費機器人與自動(dòng)化設備。
圖 6：TI 的三相 BLDC 電機評估套件基于 DRV8312 PWM 電機驅動(dòng)器。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持
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ACM6753 無(wú)霍爾傳感器三相正弦波直流無(wú)刷電機BLDC馬達
深圳市永阜康科技有限公司現在大力推廣一顆三相無(wú)傳感器正弦波驅動(dòng)直流無(wú)刷馬達驅動(dòng)IC-ACM6753，集成驅動(dòng)算法+預驅+MOS，內置電流檢測，外圍元件僅需5個(gè)電容，應用極其簡(jiǎn)單。
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