換相的時(shí)機(jī)只取決于轉(zhuǎn)子的位置，一種比較簡(jiǎn)單的方式是用光電編碼盤(pán)充當(dāng)位置傳感器，這個(gè)東西在工業(yè)上用得比較多。

其次是用霍爾效應(yīng)器件來(lái)充當(dāng)位置傳感器，其可以根據(jù)轉(zhuǎn)子不同位置時(shí)的不同磁場(chǎng)方向分布情況，給出高電平或低電平的輸出，一般在電機(jī)的不同位置上裝三個(gè)霍爾傳感器，就可測(cè)出轉(zhuǎn)子的位置。這就是所謂的“有感無(wú)刷電機(jī)”。值得一提的是，車模和船模中的電調(diào)多是使用“有感”方式，因?yàn)槠潆姍C(jī)需要頻繁啟動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)，而且對(duì)整套動(dòng)力系統(tǒng)的重量也不是十分講究，故用有感無(wú)刷電機(jī)電調(diào)是比較合適的。無(wú)感的方式則是省去位置傳感器，利用某時(shí)刻沒(méi)通電的第三相的反電動(dòng)勢(shì)來(lái)估測(cè)轉(zhuǎn)子的位置。這使整套系統(tǒng)分量更輕，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)在于啟動(dòng)比較麻煩，啟動(dòng)的時(shí)候可控性較差，要達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后才變得可控。

無(wú)感換相基本原理

那無(wú)感換相如何根據(jù)第三相的反電動(dòng)勢(shì)來(lái)估測(cè)轉(zhuǎn)子的位置？如圖3-1，在AB通電期間，線圈CC’的C邊在圖(a)中切割N極的磁力線并產(chǎn)生一個(gè)正向的感生電動(dòng)勢(shì)，在圖(b)中確是切割S極的磁力線而產(chǎn)生一個(gè)反向的感生電動(dòng)勢(shì)了。C’邊的情況也類似。這說(shuō)明，在AB相通電期間，如果去測(cè)量線圈 CC’上的電壓，會(huì)發(fā)現(xiàn)其間有一個(gè)從正到負(fù)的變化過(guò)程。于此類似，其余通電情況也可以用這個(gè)辦法分析。

那無(wú)感換相如何根據(jù)第三相的反電動(dòng)勢(shì)來(lái)估測(cè)轉(zhuǎn)子的位置？如圖3-1，在AB通電期間，線圈CC’的C邊在圖(a)中切割N極的磁力線并產(chǎn)生一個(gè)正向的感生電動(dòng)勢(shì)，在圖(b)中確是切割S極的磁力線而產(chǎn)生一個(gè)反向的感生電動(dòng)勢(shì)了。C’邊的情況也類似。這說(shuō)明，在AB相通電期間，如果去測(cè)量線圈 CC’上的電壓，會(huì)發(fā)現(xiàn)其間有一個(gè)從正到負(fù)的變化過(guò)程。于此類似，其余通電情況也可以用這個(gè)辦法分析。

在AB相通電期間，CC’的感生電動(dòng)勢(shì)會(huì)整個(gè)換一個(gè)方向，也即所謂的“過(guò)零點(diǎn)”。在圖3-2的t0時(shí)刻，為AB相通電剛開(kāi)始時(shí)的情況，CC’產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)的等效電路圖如圖3-3 (a)所示。而在t1時(shí)刻，為AB相通電快結(jié)束時(shí)的情況，CC’產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)的等效電路圖如圖3-3(b)所示。

這里需要說(shuō)明一下的是，在AB相通電期間，不只是線圈CC’上產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，其實(shí)AA’和 BB’也在切割磁力線，也都會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，其電動(dòng)勢(shì)方向與外加的電源方向相反，所以叫“反向感生電動(dòng)勢(shì)”（BEMF）。線圈繞組AA’和BB’上產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)是很大的，兩者相加幾乎略小于電源電壓（假設(shè)為12V）。線圈繞組本身的等效電阻很?。s0.1歐左右），如果反電動(dòng)勢(shì)不大的話，端電壓加載在線圈繞組等效電阻上，會(huì)產(chǎn)生巨大的電流，線圈非燒掉不可。為方便理解，姑且假設(shè)在額定轉(zhuǎn)速下AA’和BB’各產(chǎn)生5.7V的反電動(dòng)勢(shì)，那么它們串聯(lián)起來(lái)就產(chǎn)生11.4V的反電動(dòng)勢(shì)，那么施加在等效電阻上的電壓就為(12-11.4)=0.6V，最終通過(guò)繞組AB的電流就是0.6 /(2* 0.1)=3A。同理，由于各繞組的結(jié)構(gòu)是相同的，切割磁力線的速度也是相同的，所以線圈CC’也應(yīng)該會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大小約為5.7V的感生電動(dòng)勢(shì)。由于中點(diǎn)電勢(shì)值始終為6V，CC’的線圈產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)只能在以中點(diǎn)6V電勢(shì)為基準(zhǔn)點(diǎn)的基礎(chǔ)上疊加，仍舊假設(shè)在額定轉(zhuǎn)速下CC’上會(huì)產(chǎn)生5.7V的感生電動(dòng)勢(shì)，那么在t0時(shí)刻，如果去測(cè)量C點(diǎn)的電壓，其值應(yīng)為6+5.7=11.7V；在t1時(shí)刻，C點(diǎn)的電壓值應(yīng)為6-5.7=0.3V。也就是說(shuō)，在AB相通電期間，只要一直監(jiān)測(cè)電機(jī)的C相引線的電壓，一旦監(jiān)測(cè)到低于中點(diǎn)電壓，就說(shuō)明轉(zhuǎn)子已轉(zhuǎn)過(guò)30°到達(dá)了t0和t1中間的位置，只要再等30°就可以換相了。如果電調(diào)的MCU足夠快的話，可以采用連續(xù)AD采樣的方式來(lái)測(cè)量C相電壓，不過(guò)會(huì)浪費(fèi)CPU資源，因?yàn)榇蟛糠植傻降腁D值都是沒(méi)用的，我們只關(guān)心它什么時(shí)候低于中點(diǎn)電壓?？梢允褂靡粋€(gè)模擬比較器來(lái)監(jiān)測(cè)過(guò)零信號(hào)。一旦C相輸出電壓低于中點(diǎn)電壓，比較器馬上可以感知并在輸出端給出一個(gè)下降沿。同理，當(dāng)電機(jī)處于AC相通電時(shí)，監(jiān)測(cè)的是B相輸出電壓；當(dāng)電機(jī)處于BC相通電時(shí)，監(jiān)測(cè)的是A相輸出電壓。繼續(xù)往前，當(dāng)電機(jī)開(kāi)始進(jìn)入BA 相通電時(shí)，C相輸出電壓一開(kāi)始會(huì)處于一個(gè)較低的狀態(tài)，過(guò)零事件發(fā)生時(shí)，C相輸出電壓會(huì)超過(guò)中點(diǎn)電壓，這時(shí)比較器會(huì)感知并輸出一個(gè)上升沿。接下來(lái)的CA，CB相通電情況也類似，不再贅述。

延遲換相

根據(jù)前文所述知道在C相的過(guò)零點(diǎn)，轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn)過(guò)30°，還需要再轉(zhuǎn)30°才可換相，那怎么知道轉(zhuǎn)動(dòng)余下的30°需要多少時(shí)間呢？一種比較簡(jiǎn)單的做法是近似認(rèn)為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在這 0°~60°的小范圍區(qū)間內(nèi)基本是恒定的：從AB相開(kāi)始通電到檢測(cè)出C相過(guò)零點(diǎn)的前半段時(shí)間，基本等于后半段的時(shí)間。所以只要使用定時(shí)器計(jì)數(shù)前半段的時(shí)間間隔T1，等過(guò)零事件出現(xiàn)后再等待相同的時(shí)間再換相即可。當(dāng)然，更直接的方法是監(jiān)測(cè)到過(guò)零點(diǎn)后不延遲30°，而是直接換相。這種方法當(dāng)然也可行，但是會(huì)損失一點(diǎn)效率，且同等情況下轉(zhuǎn)矩也會(huì)減小。

消磁現(xiàn)象

在實(shí)際換相過(guò)程中，例如AB相切換到AC相的過(guò)程中，由B相電流突然減?。ú粫?huì)突然消失，續(xù)流一段時(shí)間直到自身能量耗盡），其線圈的自身電感會(huì)在續(xù)流期間，成為一個(gè)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生者，而且方向和原來(lái)相反，并疊加在中點(diǎn)之上。如圖3-4，此時(shí)B端電位是高于中點(diǎn)電位。注意(a)圖中B線圈的感生電動(dòng)勢(shì)是導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生的，而(b)圖中的續(xù)流電動(dòng)勢(shì)是B線圈自身的電感產(chǎn)生的（其大小要高于切割磁力線的感生電動(dòng)勢(shì)大小）。

當(dāng)B線圈能量耗盡后，切割磁力線的行為再次成為主導(dǎo)B相感生電動(dòng)勢(shì)的主要因素，所以B端電位此時(shí)又會(huì)低于中點(diǎn)電位，這就是所謂的“消磁現(xiàn)象”。如圖3-5即為換相時(shí)出現(xiàn)的消磁現(xiàn)象。

當(dāng)B線圈能量耗盡后，切割磁力線的行為再次成為主導(dǎo)B相感生電動(dòng)勢(shì)的主要因素，所以B端電位此時(shí)又會(huì)低于中點(diǎn)電位，這就是所謂的“消磁現(xiàn)象”。如圖3-5即為換相時(shí)出現(xiàn)的消磁現(xiàn)象。

由于消磁事件的存在，B端會(huì)在AC相通電期間，產(chǎn)生兩次上沖過(guò)零事件（也即模擬比較器會(huì)捕捉到兩次過(guò)零信號(hào)），前一次是無(wú)效的，后一次才是有效的過(guò)零信號(hào)。軟件上可通過(guò)以下策略濾除消磁現(xiàn)象的干擾，在比較器捕捉到過(guò)零信號(hào)后，檢查當(dāng)前距離上一次換相的時(shí)間是否大于延遲換相的時(shí)間，大于則為有效過(guò)零信號(hào)，小于則為消磁現(xiàn)象引發(fā)的過(guò)零。

六臂全橋MOS驅(qū)動(dòng)電路

圖3-6為六臂全橋MOS驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)圖。Q1到 Q6為功率場(chǎng)效應(yīng)管，當(dāng)需要AB相導(dǎo)通時(shí)，只需要打開(kāi)Q1,Q4管，而使其他管保持截止。此時(shí)，電流的流經(jīng)途徑為：正極→Q1→線圈A→繞組B→Q4→負(fù)極。這樣，六種相位導(dǎo)通模式：AB, AC, BC,BA,CA,CB分別對(duì)應(yīng)的場(chǎng)效應(yīng)管打開(kāi)順序?yàn)镼1Q4,Q2Q2, Q3Q2,Q3Q6,Q5Q6,Q5Q4。實(shí)際控制中，通常將上臂或者下臂常開(kāi)，另一臂通入PWM信號(hào)進(jìn)行控制。BLDC的調(diào)速就是用PWM信號(hào)的占空比進(jìn)行調(diào)制。

反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路

PHASE_A,PHASE_B,PHASE_C分別接電機(jī)的A,B,C線，經(jīng)過(guò)一個(gè)分壓網(wǎng)絡(luò)后分別為NULL_A,NULL_B,NULL_C，MITTEL為估測(cè)的變形后的中點(diǎn)電壓。只要在AB通電期間將NULL_C和MITTEL比較；AC通電期間將NULL_B和MITTLE比較；BC通電期間將NULL_A和MITTLE比較，就可以成功檢測(cè)出各相的過(guò)零事件。由于這三個(gè)過(guò)零事件產(chǎn)生的時(shí)間不同，如果能在比較器的輸入端不斷地切換這三個(gè)端點(diǎn)電壓，只要復(fù)用單個(gè)比較器就可以。

制動(dòng)策略

通常利用電機(jī)自身進(jìn)行快速制動(dòng)有兩種簡(jiǎn)單的辦法，一種是能耗制動(dòng)，一種是短接制動(dòng)，能耗制動(dòng)是把電機(jī)的動(dòng)能消耗在外部制動(dòng)電阻上，短接制動(dòng)是把電機(jī)的動(dòng)能消耗在電機(jī)的定子繞組上。顯然能耗制動(dòng)對(duì)于減少電機(jī)發(fā)熱更加有利。

短接制動(dòng)是指在剎車時(shí)能做到讓電機(jī)的驅(qū)動(dòng)MOS管上橋臂（或者下橋臂）全部導(dǎo)通而下橋臂（或者上橋臂）截止?fàn)顟B(tài)，電機(jī)的三相定子繞組全部被短接。處于發(fā)電狀態(tài)的電機(jī)，相當(dāng)于電源被短路。因?yàn)槔@組的電阻比較小，所以能產(chǎn)生很大的短路電流，電機(jī)的動(dòng)能被快速釋放，從而使電機(jī)瞬時(shí)產(chǎn)生極大的制動(dòng)力矩，能夠達(dá)到快速剎車的效果。電機(jī)速度越高，短路電流越大，制動(dòng)力也越大。

短接制動(dòng)在廣義上也是能耗制動(dòng)，

只是一般的能耗制動(dòng)用的外接的耗能電阻，在超大功率場(chǎng)合應(yīng)用。中小功率都可以使用短接制動(dòng)，使用Rs能耗制動(dòng)。

考慮不能超過(guò)MOS管的承受能力，一般等待電機(jī)降低低速后再使用短接制動(dòng)。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，考慮導(dǎo)通橋臂帶有PWM控制，這樣還可以對(duì)剎車力度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。為了避免在電機(jī)高速時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的短路電流，一般開(kāi)始短接制動(dòng)時(shí)PWM占空比不要超過(guò)30%。當(dāng)電機(jī)速度降低為低速時(shí)，加大制動(dòng)力矩，即使采用100%的占空比對(duì)于MOS管也是安全的。

其利天下驅(qū)動(dòng)方案