反電動(dòng)勢(shì)法無(wú)刷無(wú)感電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路解析

電機(jī)驅(qū)動(dòng)的一大關(guān)鍵是準(zhǔn)確知道轉(zhuǎn)子的位置，有感電機(jī)通過(guò)傳感器獲取轉(zhuǎn)子位置，無(wú)感電機(jī)只能通過(guò)間接方式獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，常見(jiàn)的方法有反電動(dòng)勢(shì)法、電感法、磁鏈法、高頻脈沖法及其它智能方法，應(yīng)用最多的是反電動(dòng)勢(shì)法

反電動(dòng)勢(shì)法無(wú)刷無(wú)感電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可主要分為三部分：功率驅(qū)動(dòng)部分，控制部分，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)部分

一． 功率驅(qū)動(dòng)部分

功率驅(qū)動(dòng)部分有二種實(shí)現(xiàn)方式，一是使用集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC，二是使用分立元件搭建。使用集成IC更加簡(jiǎn)單，而且大多驅(qū)動(dòng)IC都集成了多種保護(hù)功能，更加可靠，但成本較高。

使用分立元件搭建有二種：

① 使用N + P管，如下圖，這種方式實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，而且PWM控制信號(hào)占空比能達(dá)到100%，但P管價(jià)格相對(duì)較高，一般電流在100A，耐壓在100V內(nèi)，多應(yīng)用于低壓小功率應(yīng)用

R1，R4一般在100Ω以內(nèi)，但也不能太小，一般為幾十Ω，R2，R3，R5一般為幾K到幾十K

②使用全N管，如下圖，N管耐壓及功率可選范圍很寬，所以適用于各種應(yīng)用電路，但上臂橋驅(qū)動(dòng)較復(fù)雜，如果采用自舉升壓電路，PWM占空比不能達(dá)到100%

上圖用比較簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)上臂的自舉升壓，D1為自舉二極管，一般采用快恢復(fù)二極管，C1為自舉電容，具體大小可參考公式

二． 控制部分

此部分大致為MCU最小系統(tǒng)，根據(jù)所采用的MCU的不同而不同，一般使用內(nèi)部晶振。帶有比較器、PWM定時(shí)器的MCU為比較好的選擇。

三． 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)部分

此部分是一個(gè)關(guān)鍵部分，根據(jù)使用驅(qū)動(dòng)方法的不同而不同，主要的二種為反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)與電流檢測(cè)

①反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)

此法的理論基礎(chǔ)是電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，在PWM導(dǎo)通器件的過(guò)零時(shí)刻，懸浮相的端電壓與中點(diǎn)電壓相等，硬件方法可建立一個(gè)虛擬中性點(diǎn)與端電壓比較，實(shí)際中大多使用軟件采樣比較方式

使用軟件進(jìn)行采樣有三種方式：

1. 在功率管導(dǎo)通時(shí)刻采樣

二相導(dǎo)通時(shí)，中點(diǎn)電壓等于母線電壓的一半，因此可用母線電壓的一半作為參考電壓與第三相進(jìn)行比較。

母線電壓一般較高，即使分半之后的電壓也可能高于MCU端口承受電壓，因此一般要用電阻進(jìn)行分壓，這使得過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)靈敏度受到影響，而且由于在導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)進(jìn)行采樣，因此必須有一個(gè)最小導(dǎo)通時(shí)間，電機(jī)低速運(yùn)行受限制

2. 在功率管關(guān)閉時(shí)刻進(jìn)行采樣

在上管關(guān)斷，下管恒通的狀態(tài)下，續(xù)流電流會(huì)流過(guò)下管體二極管，中點(diǎn)電壓理論值為0，為提高準(zhǔn)確性，可將MCU內(nèi)部參考電壓設(shè)為一個(gè)略高于0的值，如0.2，然后采集第三相與此值比較。

這種方式無(wú)需電阻分壓，提高了檢測(cè)靈敏度，同時(shí)抑制了高頻開關(guān)干擾，但需考慮MCU端口承壓能力，而且需保持一個(gè)最小關(guān)斷時(shí)間，因此PWM占空比無(wú)法達(dá)到100%

3. 在功率管全狀態(tài)采樣

如下圖，此種方法結(jié)合了以上二種方法的優(yōu)點(diǎn)，克服了雙方的缺點(diǎn)

在大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用電路中，多采用方式一，如下圖，兩端分別接到電機(jī)三線與MCU

②電流檢測(cè)法

此法多應(yīng)用于FOC控制中，如下，在三端回路中接上電流采樣電阻，采集相電流，經(jīng)放大器放大后送入MCU，