1.下麵是典型的三相BLDC電機控製框圖.

 

三個半橋驅動BLDC無刷電機
，檢測低邊總線電流

 

 

2.典型的BLDC電機相電流和反電動勢波形圖分析

 

從波形上看，每60度電角度，隻有兩個半橋有驅動電壓輸出，另外一個半橋上下管全關，這個相電壓是懸浮態。

 

BLDC電機運行後
，相線都有反電動勢。

 

電機反電動勢來源於電機轉子旋轉引起磁通的變化
，而磁通的變化在定子繞組上會產生感應電壓。

 

對同一個電機來說

，反電動勢峰值跟電機轉速幾乎是固定的比例。

 

 

3.反電動勢過零點到峰值的反電動勢電壓和時間的積分

 

 

根據上麵對反電動勢峰值跟轉速(電頻率)幾乎成固定比例的描述，設定 。Vm為反電動勢峰值, 對於同一個電機，我們可以認為Kv幾乎不變。

 

以上圖左邊的藍色區域為例

，該區域(反電動勢過零點時刻到下一次換相點時刻之間的區域)的電角度是30度，也就是電角度（360度）的1/12。

 

設當前電機電頻率為f, 單位為Hz。

 

反電動勢的峰值電壓為 ,單位為伏特。

 

設反電動勢從center tap value到最大值的時間為t1, 而。

 

那麼藍色積分區域的積分值就等於藍色三角形的麵積：

 

 

可以看到，積分結果是Kv值的，因此積分結果也是幾乎不變的。

 

所以我們可以根據積分的值跟固定閾值作比較來判斷換相點。

 

4.ADC如何采樣反電動勢

 

方波無感BLDC的ADC采樣積分控製
，電路設計有三相相電壓ADC采樣電路，每60度du電dian角jiao度du區qu間jian電dian機ji的de兩liang相xiang由you於yu半ban橋qiao有you輸shu入ru電dian壓ya同tong時shi有you電dian感gan電dian流liu

，在zai不bu增zeng加jia額e外wai電dian路lu的de情qing況kuang下xia很hen難nan獲huo得de反fan電dian動dong勢shi電dian壓ya，而er懸xuan浮fu相xiang由you於yu沒mei有you半ban橋qiao電dian壓ya輸shu入ru和he電dian感gan電dian流liu，所suo以yi可ke以yi從cong檢jian測ce該gai相xiang端duan電dian壓ya推tui導dao出chu該gai相xiang實shi際ji的de反fan電dian動dong勢shi電dian壓ya,具體可以看下麵的推導,推導過程參考了TI的參考設計TIDA-010031 http://www.ti.com/lit/ug/tiduej4/tiduej4.pdf?ts=1588819919326

 

所以如果對這個電機控製方法感興趣的，可以在TI官網上查看該參考設計的軟硬件開發資料。

 

設計上采用下管常開
，上管打PWM的策略驅動電機。考慮到電機驅動的PWM duty的大小是變化的，可以根據半橋上管ON的時間長短來決定采樣策略，因為如果上管導通時間太短，為了避開MOSFET開通關斷的影響
，留給采樣的時間就變得很少
，不利於采樣的準確性.

 

●   在上管ON的時間比較長時，在上管ON時遠離MOSFET開關時刻檢測懸浮相的反電動勢電壓(一般在ON時間的正中間進行采樣)。

 

 

此時的驅動邏輯是A相上管導通，B相下管導通, 所以有。

 

Ea, Eb, Ec為電機三相反電動勢電壓
，va, vb, vc為三相半橋中點電壓，也就是電機三相輸入電壓。

 

La, Lb, Lc為電機三相相電感，ia, ib,ic為電機三相輸入電流
，Ra, Rb, Rc為電機三相輸入電阻(考慮三相電阻相等), vn為電機三相中點電壓。

 

 

可以得到當Ec=0，也就是反電動勢過零時，
， 也就是說當ADC檢測到時，就意味著這個時刻是C相的反電動勢過零點， 那麼理論上再經過1/12 的電周期時間，電機就需要進行換向.

 

●   上管ON的時間比較短時，在上管OFF時檢測懸浮相的反電動勢電壓(一般在OFF時間的正中間進行采樣)

 

 

此時的驅動邏輯是A相上管關閉

，B相下管仍導通,此時A相下管MOSFET體二極管續流，所以有。

 

 

得到當Ec=0，也就是反電動勢過零時,vc=0
， 也就是說當ADC檢測到vc=0時，就意味著這個時刻是C相的反電動勢過零點
， 那麼理論上再經過1/12的電周期時間，電機就需要進行換向.

 

從上麵的分析

，我們可以看到，使用ADC采樣積分方式進行無感BLDC控製，設計上需要注意以下兩點

 

   1. 積分閾值跟電機的反電動勢峰值和轉速比值相關，可能會隨著電機不同而不同
，需要針對電機進行調整。

   2. 上管做PWM驅動的設計下
， 可以采用不同的ADC采樣策略來針對大duty和小duty的情況，同時反電動勢過零點的判斷也需要調整

   3. 電機高速情況下，電頻率相對比較高，而ADC積分采樣基於PWM開kai關guan周zhou期qi采cai樣yang的de
，所suo以yi要yao獲huo得de比bi較jiao準zhun確que的de換huan相xiang點dian
，需xu要yao比bi較jiao高gao的de開kai關guan頻pin率lv，如ru果guo開kai關guan頻pin率lv比bi較jiao低di，意yi味wei著zhe采cai樣yang速su率lv慢man，可ke能neng會hui造zao成cheng換huan相xiang延yan遲chi比bi較jiao大da，從cong而er影ying響xiang電dian機ji的de正zheng常chang控kong製zhi。

 

 

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