【零基础玩转BLDC系列】基于反电动势过零检测法的无刷直流电机控制原理

请参考无刷直流电机的基本转动原理传感器的无刷直流电机控制原理》">《基于HALL本文不再重复传感器无刷直流电机的控制原理和基本知识。

位置传感器的存在限制了无刷直流电机在某些特定场合的应用，如增加电机系统的体积和连接导线，在高温、高压、湿度等恶劣条件下运行时，位置传感器的灵敏度较差，降低了系统运行的可靠性。

根据不同的检测原理，无刷直流电机无位置传感器的控制方法主要包括：反电势法、磁链法、电感法和人工智能法。其中，反电势法是最成熟、应用最广泛的位置检测方法。

反电势过零检测法的原理

根据法拉第电磁感应定律和波纹定律，转子旋转时会在定子绕组中产生感应电位。感应电位的方向与绕组电压相反，极性与励磁电压相反，一般称为反电位或反电位。

当转子在0角时，A相反，当电势超过零点，再延迟30度时，HALL 当传感器检测到边缘信号时，需要换相，即30度，AB绕组通电，开始检测C相绕组的反电势。

当转子位置60度时，C相反，电势过零，然后延迟30度，HALL当传感器检测到C相边缘信号时，需要更换。等等，反电势的检测总是在第三相未通电的绕组上进行，然后延迟30度。

与三相反电势和三相绕组导通相比，六个反电势过零事件发生在未导通悬空相绕组上，所有换相点滞后于相应的反电势过零°电角。反电动势过零信号延迟30°电角可获得6个离散转子位置信号。

当转子磁极的位置严格反映无刷直流电机绕组的反电位置BLDC当某相绕组反电势过零时，转子直轴与该相绕组交叉轴正好重合。因此，只要能准确检测到绕组反电势的过零信号，就能判断转子的关键位置。理论上，理想的换相点滞后于反电动势0:30°电角可实现无刷直流电机的换相操作，保证电机按固定方向连续旋转，保证电机达到最大输出扭矩，减少扭矩脉动。

BLDC反电动势的大小取决于转子角速度、转子磁体产生的磁场、定子绕组的匝数和气隙。电机设计完成后，转子磁场、定子绕组的匝数和气隙固定，反电动势随转子速度的增加而增加。

BLDC在静态或低速时，反电位为零或非常小，不能用来判断转子位置，因此需要使用特殊的启动技术来启动，常用的三段自启动方法。

实现反电势过零检测的方法

1.ADC检测方法检测反电动势

AD检测方法是通过电压采样电路直接检测软件计算反电动势过零点的方法BLDC三相端电压，然后通过软件计算悬空相反电势过零点。

使三相电压信号MOTOR_U/ MOTOR_V/ MOTOR_W落在MCU片上ADC模块的采样范围，电阻分压处理，然后分压后获得AD_VOLTAGE_U/ AD_VOLTAGE_V/AD_VOLTAGE_W直接发送信号ADC处理采样引脚。

ADC检测方法需要在每个控制周期内收集母线电压，以确定理论中性点电压，并将其与悬挂相的端电压进行比较，以获得反电势过零，检测到反电势过零后延迟30°电角度即可进行换相操作。

2.硬件比较器法

采用硬件比较器获取过零点的方法：通过悬挂相反的电势（ PHASE_U/V/W ）与虚拟中性点电压（MITTLE）比较得到零点。这种方法不需要考虑在任何时候进行过零采样，只需实时检测硬件比较I/O状态，即可判断换相时刻。

如下图所示

图中，MOTOR_U，MOTOR_V，MOTOR_W分别接电机A，B，C相，分别通过分压网络获得PHASE_U，PHASE_V，PHASE_W并连接三个信号ADC通道引脚。MITTLE只要是虚拟估计的中点电压AB通电期间开放MOTOR_W和MITTLE的比较，AC通电期间开放MOTOR_V和MITTLE的比较，BC通电期间开放MOTOR_U和MITTLE通过比较，可以成功检测到各相的过零点。