基于S12ZVM的车用BLDC无传感控制方案

　　由于无法确切知道BLDC无传感电机的初始位置，其启动过程要比带Hall传感器BLDC电机的启动过程复杂。如图4所示，其启动过程包括Alignment阶段，Open Loop Starting阶段及最终的Run阶段。在Alignment阶段，控制器同时施加相同占空比的PWM给A相与B相，C相则与地相连，这样就将BLDC电机稳定在一个已知的位置。占空比的大小与持续的时间取决于BLDC电机特性和负载大小，通常持续时间在100ms到500ms之间。当Alignment过程结束后，就进入Open Loop Starting阶段，由于反电动势与转子转速成正比，在极慢的转速下反电动势的幅值很低，很难检测到过零点。因此，当电机从静止状态启动时必须采用开环控制，待有足以检测到过零点的反电动势时，才转而采用反电动势检测控制并进入Run阶段。当进入到Run阶段后，BLDC就采用速度闭环控制，过零点由反向电动势检测所得。　　

 

　　无传感位置检测实现

　　依靠Hall传感器的运行实现起来非常容易，但除去Hall传感器可降低系统成本并提高可靠性。BLDC电机转动时，每个绕组都会产生叫做反电动势的电压，根据楞次定律，其方向与提供给绕组的主电压相反。反电动势主要取决于三个因素：转子角速度，转子磁体产生的磁场，定子绕组的匝数。

　　当采用传感器时，MCU会根据Hall信号来决定BLDC换向点。当采用无传感控制时，则可以采用反电动势过零点检测来决定正确的换向点，如图5所示。　　

 

　　当在一个恒速情况下，切换周期等于过零点周期，图中圈圈代表着过零点发生的地方，一般处在两个切换点的中间。所以通过timer得出上一次过零点时间以及本次的过零点时间，就可以计算出正确的换向点。
       

　　其中：–实际过零点时间，–上次过零点时间，–下次换向点时间，–范围在0.3~0.5的常数(取决于电机参数)。

　　所以，成功检测反电动势过零点就决定了无传感控制BLDC成功的关键。如图6所示，通常有硬件和软件两种方式能检测到反电动势过零点。第一种是采用三个硬件比较器，在某切换周期中不加电的一相可以通过相应的硬件比较器与1/2的Udcb电压进行比较，在PWM周期中ON有效时，比较器能够检测到反向电动势电压变化从而得出过零点的位置。第二种方式可以用软件AD采样来实现，在BLDC电机运行过程中，使用ADC对不加电的一相进行采样，与此同时Udcb会被另一路ADC模块同时采样，然后软件可以实时地根据两个采样数值进行过零点判断。