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60dudianjiaoduqujiandianjideliangxiangyouyubanqiaoyoushurudianyatongshiyoudiangandianliu


，zaibuzengjiaewaidianludeqingkuangxiahennanhuodefandiandongshidianya
，erxuanfuxiangyouyumeiyoubanqiaodianyashuruhediangandianliu，suoyikeyicongjiancegaixiangduandianyatuidaochugaixiangshijidefandiandongshidianya,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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