三相全波無刷電機(jī)的無傳感器120度驅(qū)動(dòng)

下圖為普通的無傳感器三相全波無刷電機(jī)120度驅(qū)動(dòng)電路示例。

在無傳感器三相全波無刷電機(jī)120度驅(qū)動(dòng)中，有一種使用線圈的感應(yīng)電壓代替霍爾元件來檢測(cè)電機(jī)位置的方法。該方法利用了三個(gè)線圈中點(diǎn)處的信號(hào)CT。通過捕獲該CT信號(hào)和A1、A2、A3信號(hào)并輸入驅(qū)動(dòng)電路，并由比較器進(jìn)行比較，來生成各輸出。其過程與有傳感器驅(qū)動(dòng)基本相同，不同之處在于該方式使用感應(yīng)電壓。

感應(yīng)電壓是穿過永磁體旋轉(zhuǎn)時(shí)未通電的線圈的磁通量發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生的電壓，在通電中的線圈中是無法檢測(cè)到的。在無傳感器三相全波無刷電機(jī)120度驅(qū)動(dòng)中，3相中有2相通電，1相未通電。在該未通電相的引腳上出現(xiàn)感應(yīng)電壓，通過使用中點(diǎn)的CT電壓檢測(cè)感應(yīng)電壓的過零交來檢測(cè)出電機(jī)的位置。

對(duì)于三相電機(jī)來說，電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈（360度）的過程中，一個(gè)相有2次未通電的關(guān)斷期間（120度通電 + 60度關(guān)斷兩次），三個(gè)相有6次關(guān)斷期間。也就是說，可以每60度檢測(cè)一次位置，并基于每相的過零點(diǎn)和過零點(diǎn)之間的60度信號(hào)生成輸出信號(hào)。

下面使用以下的無傳感器三相全波無刷電機(jī)120度驅(qū)動(dòng)波形示例進(jìn)行具體說明。

線圈1、2、3的電流波形顯示，120度通電驅(qū)動(dòng)，即線圈電流在120度時(shí)流入，在60度時(shí)關(guān)斷，然后在120度時(shí)流出并在60度關(guān)斷，其輸出電壓波形為A1、A2和A3。

用于檢測(cè)電機(jī)位置的感應(yīng)電壓可以在各相60度關(guān)斷期間檢測(cè)到。

以線圈1為例，在紅色所示的“關(guān)斷期間”，在輸出A1中出現(xiàn)感應(yīng)電壓，并被檢測(cè)出來。此時(shí)，線圈2和線圈3處于電流流動(dòng)的狀態(tài)。當(dāng)從線圈電流流入狀態(tài)進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，在切換時(shí)產(chǎn)生尖峰噪聲（瞬態(tài)電壓）后，感應(yīng)電壓會(huì)降低。當(dāng)從流出狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)時(shí)，尖峰噪聲出現(xiàn)后，感應(yīng)電壓會(huì)上升。

將輸出產(chǎn)生的這種感應(yīng)電壓信號(hào)與線圈中點(diǎn)信號(hào)CT（圖中未顯示）相結(jié)合的信號(hào)為比較器輸出BE，在感應(yīng)電壓的過零點(diǎn)，下降時(shí)從H轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)，上升時(shí)從L轉(zhuǎn)變?yōu)镠。

根據(jù)比較器輸出BE1～3相加形成的“波形區(qū)間選擇合成”，BE1～3被合成為在60度轉(zhuǎn)變的信號(hào)。由于該信號(hào)中包含不是感應(yīng)電壓的本來的尖峰噪聲，因此根據(jù)合成使用屏蔽信號(hào)（H部分）屏蔽了尖峰噪聲后的感應(yīng)電壓60度信號(hào)波形，并使相位延遲30度的波形，生成各合成波形和輸出柵極波形。

下圖是線圈電流關(guān)斷期間的輸出A1～3的波形放大圖。該例顯示了線圈3從電流流出狀態(tài)到關(guān)斷后的60度期間的波形情況。電路圖顯示了當(dāng)時(shí)的電路狀態(tài)。

對(duì)于A2來說，由于高邊MOSFET導(dǎo)通、低邊MOSFET關(guān)斷，所以電流流出，電壓處于高電平狀態(tài)。對(duì)于A1來說，由于低邊導(dǎo)通，所以流過來自A2的電流，電壓變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)。而對(duì)于A3來說，由于是從電流流入狀態(tài)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)，如波形所示，在電壓瞬間跳變后，感應(yīng)電壓以線性逐漸出現(xiàn)。此時(shí)的A3和CT之間的電壓與A3的電壓波形重疊，用虛線來表示。CT的電壓約為A2和A1電壓的一半。

通過取A3電壓與CT電壓的差值，如右側(cè)所示，可以檢測(cè)到感應(yīng)電壓的過零點(diǎn)，前面給出的時(shí)序圖中的BE3從L轉(zhuǎn)變?yōu)镠。

以上用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子解釋了無傳感器120度驅(qū)動(dòng)的原理。與有傳感器120度驅(qū)動(dòng)相比，機(jī)制大致相同，不同之處在于檢測(cè)的是感應(yīng)電壓而不是傳感器信號(hào)。

關(guān)鍵要點(diǎn)：

?在三相全波無刷電機(jī)的無傳感器驅(qū)動(dòng)中，有一種使用線圈的感應(yīng)電壓代替霍爾元件來檢測(cè)電機(jī)位置的方法。

?在三相全波無刷電機(jī)的無傳感器驅(qū)動(dòng)中，利用了三個(gè)線圈中點(diǎn)處的信號(hào)CT。

?通過捕獲該CT信號(hào)和A1、A2、A3信號(hào)并輸入驅(qū)動(dòng)電路，并由比較器進(jìn)行比較，來生成各輸出。

?這種三相全波無刷電機(jī)的無傳感器驅(qū)動(dòng)方式與有傳感器驅(qū)動(dòng)基本相同，不同之處在于該方式使用感應(yīng)電壓。

審核編輯：郭婷