一、前言

無霍爾的BLDC控制方案與有霍爾BLDC的基本原理相似，都是用所謂“六步換向法”，根據(jù)轉(zhuǎn)子當前的位置，按照一定的順序給定子繞組通電使BLDC電機轉(zhuǎn)動。所不同的是無霍爾BLDC不需要霍爾效應(yīng)傳感器，通過檢測定子繞組的反電動勢過零點來判斷轉(zhuǎn)子當前的位置。與有霍爾的方案相比，最明顯的優(yōu)點就是降低了成本、減小了體積。且電機引線從8根變?yōu)?根，使接線調(diào)試都大為簡化。另外，霍爾傳感器容易受溫度和磁場等外界環(huán)境的影響，故障率較高。因此，無霍爾BLDC得到越來越多的應(yīng)用，在很多場合正逐步取代有霍爾BLDC。

本文介紹三相BLDC電機的無霍爾控制理論。根據(jù)特定的應(yīng)用場合，具體的實現(xiàn)方法會有所不同。

二、BLDC電機結(jié)構(gòu)及驅(qū)動方式簡介

一個簡單的BLDC的構(gòu)造如圖1所示。電機外層是定子，包含電機繞組。多數(shù)BLDC都有三個Y型連接的繞組，這些繞組中的每一個都是由許多線圈互連組成的。電機內(nèi)部是轉(zhuǎn)子，由圍繞電機圓周的磁性相反的磁極組成。圖1顯示了僅帶有兩個磁極（南北磁極）的轉(zhuǎn)子，在實際應(yīng)用中，大多數(shù)電機的轉(zhuǎn)子具有多對磁極。

圖1 BLDC基本結(jié)構(gòu)[1]

BLDC電機驅(qū)動電路的基本模型如圖2所示。通過開關(guān)管Q0~Q5來控制電機三相繞組的通電狀態(tài)，開關(guān)管可以為IGBT或者功率MOS管。其中位于上方即與電源正端連接的開關(guān)管稱為“上橋”，下方即與電源負端連接的開關(guān)管稱為“下橋”。

圖2 BLDC電機驅(qū)動電路基本模型[2]

例如，若Q1、Q4打開，其它開關(guān)管都關(guān)閉，則電流從電源正端經(jīng)Q1、A相繞組、C相繞組、Q4流回電源負端。流過A、C相定子繞組的電流會產(chǎn)生一個磁場，由右手定則可知其方向與B相繞組平行。由于轉(zhuǎn)子是永磁體，在磁場力的作用下會向著與定子磁場平行的方向旋轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)到與B相繞組平行的位置，使轉(zhuǎn)子的北磁極與定子磁場的南磁極對齊。

類似地，打開不同的上、下橋臂MOS管組合，就可控制電流的流向，產(chǎn)生不同方向的磁場，使永磁體轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到指定的位置。要使BLDC電機按指定的方向連續(xù)轉(zhuǎn)動，就必須按一定的順序給定子繞組通電。從一種通電狀態(tài)到另一種通電狀態(tài)的切換稱為“換相”，例如從AB通電變化到AC通電。換相使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到下一個位置。上下橋臂各3個開關(guān)管，共六種組合，因此每60°變化一次， 經(jīng)過六步換相就能使電機旋轉(zhuǎn)一個電氣周期。這就是所謂的“六步換相法”。

要使轉(zhuǎn)子具有最大的轉(zhuǎn)矩，理想的情況是使定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場方向垂直。但是實際上由于定子磁場方向每60°才變化一次，而轉(zhuǎn)子在一直不停旋轉(zhuǎn)，不可能時刻使它們保持90°的相位差。最優(yōu)化的方法就是在每次換相時使定子磁場領(lǐng)先轉(zhuǎn)子磁場方向120°電角度，這樣在接下來轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)60°的過程中，定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場方向的夾角從120°變化到60°，轉(zhuǎn)矩的利用率最高。

為了確定按照通電順序哪一個繞組將得電，必須知道轉(zhuǎn)子當前的位置。在有霍爾的BLDC中，轉(zhuǎn)子的位置由定子中嵌入的霍爾效應(yīng)傳感器檢測。無霍爾BLDC電機不借助位置傳感器，而是利用電機本身的特征信號來取得與位置傳感器類似的效果，其中應(yīng)用最多的就是本文下一節(jié)要介紹的反電動勢法。

三、反電動勢法控制BLDC電機的原理

BLDC電機轉(zhuǎn)動時，永磁體轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)在電機內(nèi)部產(chǎn)生變化的磁場，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，每相繞組都會感應(yīng)出反電動勢（BEMF，BackElectromotiveForce）。BLDC電機的BEMF波形隨轉(zhuǎn)子的位置和速度變化，整體上呈現(xiàn)為梯形。

圖3給出了電機旋轉(zhuǎn)一個電周期中電流和反電動勢的波形，其中的實線代表電流，虛線代表反電動勢，橫坐標為電機旋轉(zhuǎn)的電氣角度，根據(jù)BLDC的“六步換向”控制理論，我們知道在任意時刻三相BLDC只有兩相通電，另一相開路，三相兩兩通電，共有六種組合，以一定的順序每60°變化一次，這樣產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場，拉動永磁體轉(zhuǎn)子隨之轉(zhuǎn)動。這里的60°指的是電氣角度，一個電周期可能并不對應(yīng)于一個完整的轉(zhuǎn)子機械轉(zhuǎn)動周期。完成一圈機械轉(zhuǎn)動要重復的電周期數(shù)取決于轉(zhuǎn)子的磁極對數(shù)。每對轉(zhuǎn)子磁極需要完成一個電周期，因此，電周期數(shù)/轉(zhuǎn)數(shù)等于轉(zhuǎn)子磁極對數(shù)。

圖3 BLDC電機電流和反電動勢波形

控制BLDC的關(guān)鍵就是確定換相的時刻。從圖3中可以看出，在每兩個換相點的中間都對應(yīng)一個反電動勢的極性改變的點，即反電動勢從正變化為負或者從負變化為正的點，稱為過零點。利用反電動勢的這個特性，只要我們能夠準確檢測出反電動勢的過零點，將其延遲30°，即為需要換相的時刻。

四、反電動勢的檢測方法

從圖3中可以看出，每次的反電動勢過零點都發(fā)生在不通電的那一相。例如圖3中第一個60°內(nèi)，A相電流為正，B相電流為負，C相電流為零，這說明電機AB相通電，電流從A相流入B相，C相為開路。反電動勢的過零點正好出現(xiàn)在C相。而且由于C相不通電，沒有電流，其相電壓就與反電動勢有直接的對應(yīng)關(guān)系。因此只要在每個60°內(nèi)檢測不通電那一相的電壓，即可檢測反電動勢。

4.1 重構(gòu)虛擬中性點

由于BLDC電機的Y形連接，三相都接到公共的中性點，相電壓無法直接測量。只能測量各相的端電壓，即各相對地的電壓，然后與中性點電壓比較，當端電壓從大于中性點電壓變?yōu)樾∮谥行渣c電壓，或者從小于中性點電壓變?yōu)榇笥谥行渣c電壓，即為過零點。原理圖如圖4(a)所示。

圖4 檢測反電動勢過零點

但是一般的BLDC電機都沒有中性點的外接引線，因此無法直接測量中性點電壓。解決這個問題最直接的辦法就是重構(gòu)一個“虛擬中性點”，通過將三相繞組分別通過阻值相等的電壓連接到一個公共點而成，這個公共點就是虛擬中性點，如圖4(b)所示。

重構(gòu)虛擬中性點的方法有一定的實用性，但是也有很大的不足。由于BLDC電機是用PWM方式驅(qū)動，PWM在一個周期內(nèi)先輸出“ON”后，輸出“OFF”；當PWM為“ON”時電機繞組通電，為“OFF”時關(guān)斷。于是加在電機繞組兩

端的電壓不斷地在高電平和低電平之間切換，其中性點電壓中包含了大量的開關(guān)噪聲。若對中性點電壓進行濾波，一方面增加了電路的復雜度，另一方面濾波電路會造成信號的相移，使檢測到的過零點比實際發(fā)生的時刻后移，無法準確地指導換向。

4.2 在PWMON區(qū)間對反電動勢采樣

實際上，如果我們只在PWM為“ON”區(qū)間進行反電動勢的采樣，則不用直接檢測中性點電壓，而可以用總端電壓的一半來代替。推導過程如下。

圖5 PWM ON區(qū)間的中性點電壓

假設(shè)采用H-PWM-L-OM的調(diào)制方式（詳見5.2節(jié)：PWM調(diào)制方式），即上橋臂采用PWM調(diào)制，下橋臂恒通，圖5為PWM為“ON”時簡化的BLDC電機等效電路，電機的每相都等效為一個電阻、電感和反電動勢的串聯(lián)。假設(shè)當前

為AB通電，電流從A相流入B相，C相開路。vdc為直流母線電壓，va、vb、vc分別為A、B、C相的端電壓，vn為中性點電壓，ea、eb、ec分別為A、B、C相的反電動勢。

對A相列電壓回路方程：

對B相列電壓回路方程：

其中Vmos為MOS管上的壓降。以上兩式相加得：

于三相平衡的系統(tǒng)，若忽略三次諧波，有

將(5.2.4)代入(5.2.3)得

于是可得C相端電壓為

由上式可以看出，不通電相的端電壓由該相的反電動勢疊加在vdc/2上而形成，因此可以通過比較不通電相的端電壓與vdc/2的大小來檢測反電動勢過零點。用這種方法避免了開關(guān)噪聲的影響，因此也無需增加濾波電路。

為了避免PWM剛由“OFF”變?yōu)椤癘N”時會出現(xiàn)的尖峰電壓，一般在PWM進入“ON”狀態(tài)后再延時一段時間再進行反電動勢采樣，如圖6所示。這個功能用SH79F168的PWM的中心對齊模式可以很方便地實現(xiàn)。在中心對齊模式下，PWM的周期中斷發(fā)生在“ON”狀態(tài)的中間位置。于是我們可以把PWM設(shè)為中心對齊模式，然后在周期中斷中進行反電動勢采樣。

圖6在PWM為“ON”時采樣

但是這種方法有一個不足，就是PWM的占空比不能太小，否則PWM為“ON”的時間太短，來不及進行AD采樣，從而無法準確判斷過零點，使電機的換相發(fā)生錯亂，無法正常運轉(zhuǎn)。在電機進入閉環(huán)控制后，PWM占空比越小轉(zhuǎn)速越低，因此這種方法不適用于要求實現(xiàn)極低轉(zhuǎn)速的場合。現(xiàn)實中要求電機能進行極低速運轉(zhuǎn)的場合不多，所以這種方法也能適用于大多數(shù)應(yīng)用。

還有一個要注意的問題，就是剛換相后的一段時間內(nèi)，若當前斷開相繞組在換相前是接電源正端，則其端電壓在剛換相的瞬間會迅速降落至電源負端電壓，形成一個向下的尖峰；若當前斷開相繞組在換相前是接電源負端，則其端電壓在

剛換相的瞬間會迅速升高到電源正端電壓，形成一個向上的尖峰。這種現(xiàn)象在

PWM占空比越大時越明顯，持續(xù)時間越長，如圖7所示。

圖7 換相瞬間的電壓尖峰

產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是，在剛換相的瞬間，由于電機繞組的電感效應(yīng)，斷開相繞組內(nèi)的電流不會馬上消失，根據(jù)電流的方向不同，會通過上橋臂或下橋臂的開關(guān)管的體二極管進行續(xù)流，持續(xù)一段時間才消失。電流越大，持續(xù)時間越長。以圖5為例，若電機從圖示中的AB通電切換到AC通電，B相繞組斷開，上下橋臂的開關(guān)管都關(guān)閉。當時B相繞組中從中性點流入的電流不會馬上消失，于是通過上橋臂的體二極管續(xù)流，與電源正端短路，于是會出現(xiàn)一個正的尖峰；類似地，若電機從圖示狀態(tài)切換到CB通電，A組上下橋臂的開關(guān)管都關(guān)閉，根據(jù)電流的方向，只能通過下橋臂體二極管續(xù)流，與電源負端短路，于是出現(xiàn)一個負的尖峰。電流越大，續(xù)流時間越長，尖峰越寬。

顯然，在剛換相的PWM周期采樣的話，很可能受到這個尖峰電壓的影響，不能反映正確的反電動勢。因此可以根據(jù)PWM占空比的大小，選擇在剛換相 的一到兩個PWM周期內(nèi)不進行采樣，避開尖峰電壓。

4.3 在PWMOFF區(qū)間對反電動勢采樣

若要求能在極低速下電機也能運轉(zhuǎn)，則可以采用在PWM OFF區(qū)間對反電動勢采樣的方法。

要了解下面的內(nèi)容，首先要對開關(guān)管的結(jié)構(gòu)有一個基本的認識。不論是IGBT還是功率MOS管，在其C極和E極（或者D極和S極）之間都有一個反向并聯(lián)的二極管，稱為體二極管，如圖2中的開關(guān)管所示。

圖8 PWM OFF區(qū)間的中性點電壓

當驅(qū)動端的PWM由圖5所示的ON狀態(tài)切換到圖8所示的OFF狀態(tài)時，由于電機繞組的電感效應(yīng)，繞組內(nèi)的電流不會馬上消失，于是經(jīng)過下橋臂MOS管的體二極管續(xù)流形成回路，如圖8所示。若忽略二極管的壓降，對A相列回路方程有：

對B相列回路方程：

對于三相平衡的系統(tǒng)，若忽略高次諧波，有

以上三式相加得

于是得C相端電壓為

因此，在PWM OFF區(qū)間對斷開相繞組的端電壓進行采樣，所得電壓值與反電動勢的大小成比例，其過零點也直接反映了反電動勢的過零點。

由于這種方法需要一定的PWM OFF區(qū)間進行采樣，因此在PWM DUTY為100%時不能實施，即電機不能達到滿速。另外，在PWM剛進入OFF狀態(tài)時，由于下橋臂MOS管的體二極管的續(xù)流，斷開相的電壓會被鉗在-0.7V，因此也要先延時一段時間再進行采樣，這增大了軟件實現(xiàn)的難度。

為了有充足的采樣時間，一般在PWM占空比較大時在PWM ON區(qū)間采樣，在PWM占空比很小時在PWM OFF區(qū)間采樣。但是當PWM占空比很小時，電機轉(zhuǎn)速較低，反電動勢也會很小，因此檢測的精度會受到限制。

五、閉環(huán)調(diào)速

只要能準確地檢測反電動勢的過零點，就能方便地進行閉環(huán)調(diào)速。

5.1 閉環(huán)的建立

每一相的反電動勢都有兩種過零情況：從正變?yōu)樨摵蛷呢撟優(yōu)檎?。三相共有六種過零情況，對應(yīng)六種換相狀態(tài)，且這種對應(yīng)關(guān)系是固定不變的。于是我們可以首先將這個對應(yīng)關(guān)系寫入一個表中，程序中每檢測到一個過零點，就通過查表來決定相應(yīng)的IO輸出，控制下一步哪兩相通電；然后切換到當前的斷開相繼續(xù)檢測反電動勢過零點，如此循環(huán)，直至建立穩(wěn)定的閉環(huán)。

理論上，過零點總是超前換相點30°電角度，如圖3所示。因此在檢測到過零點后，要先延遲30°電角度再換相。但是在閉環(huán)調(diào)速過程中，電機旋轉(zhuǎn)一個電氣周期的時間不是固定不變的，我們無法預測在檢測到過零點后接下來的這30°電角度是多長時間。那么在檢測到過零點之后，怎樣決定延時時間呢？

雖然我們無法預測接下來的30°電角度是多長，但是剛剛過去的這個換相周期即兩個換相點之間60°電角度的長度是可以測量的。在每次換相時將timer清零，在下一次換相時讀取的timer值就是這個換相周期的長度。于是我們可以采用近似的辦法，用上一個換相周期，即60°電角度的時間減半，作為接下來的30°電角度延時時間。這種方法是可行的，因為電機的轉(zhuǎn)速是漸變的，相鄰兩個換相周期的時間相差不會很大。

5.2 PWM調(diào)制方式

電機進入閉環(huán)后，只要通過調(diào)節(jié)PWM的占空比即可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。電機各繞組的通電和判斷都用PWM端口控制，PWM占空比大時，流過電機繞組的電流大，定子磁場就強，轉(zhuǎn)速就高；反之PWM占空比小時，電機轉(zhuǎn)速就低。

PWM調(diào)制方式有兩種：全橋調(diào)制和半橋調(diào)制。在120°導通期間，對功率逆變橋的上橋和下橋都采用PWM方式驅(qū)動，即“全橋調(diào)制”；在120°導通期間，只對功率逆變橋的上橋（或者下橋）采用PWM方式驅(qū)動，下橋（或上橋）恒通，稱為“半橋調(diào)制”。

全橋調(diào)制下MOS管的開關(guān)頻率是半橋調(diào)制方式的兩倍左右，損耗比較大，因而很少用到。半橋調(diào)制方式又有H-PWM-L-ON（在120°導通區(qū)間內(nèi)（下同），上橋臂MOS管用PWM調(diào)制，下橋臂MOS管恒通）、H-ON-L-PWM（上橋臂MOS管恒通，下橋臂MOS管用PWM調(diào)制）、PWM-ON（前60°PWM，后60°恒通）、ON-PWM（前60°恒通，后60°PWM）等多種，各有其特點，可根

據(jù)具體電路和應(yīng)用場合選擇特定的調(diào)制方式，本文不詳述。其中最常用的是前兩種，實現(xiàn)起來比較簡單且能滿足一般應(yīng)用。

六、BLDC電機的起動方式

BLDC電機控制的最大難點并不是位置檢測和換相，而是起動方式。由于電機繞組的反電動勢與轉(zhuǎn)速正相關(guān)，當轉(zhuǎn)速很低時，BEMF也非常小以致很難準確檢測。因此電機從零轉(zhuǎn)速起動時，反電動勢法常常不能適用。必須先借助其它方法將電機拉到一定速度，使BEMF達到能夠被檢測的水平，才能切換到反電動勢法進行控制。

6.1 定位

只有先確定了靜止時轉(zhuǎn)子的位置，才能決定起動時第一次應(yīng)觸發(fā)哪兩個開關(guān)管，我們把確定轉(zhuǎn)子初始位置的過程叫做定位。

6.1.1 閉環(huán)的建立

最簡單而常用的方法是給任意兩相通電，并控制電機電流不致過大，通電一段時間后，轉(zhuǎn)子就會轉(zhuǎn)到與該通電狀態(tài)對應(yīng)的預知位置，完成轉(zhuǎn)子的定位。以圖

9為例，若給AB兩相通電，則定子磁勢Fa的位置如圖所示，此時若轉(zhuǎn)子磁勢Ff

在圖示位置，則轉(zhuǎn)子將順時針轉(zhuǎn)過120°電角度，與定子磁場方向?qū)R。

圖9轉(zhuǎn)子定位

但是這種方法有一個問題，就是如果AB通電前轉(zhuǎn)子恰好在與Fa方向相反的位置，則通電后磁場力的方向與轉(zhuǎn)子成180°角，會形成死鎖，轉(zhuǎn)子不會轉(zhuǎn)動，造成定位錯誤。

為了避免這個問題，可以先給AC、BC通電，形成的磁場方向與Fa垂直，則轉(zhuǎn)子必會轉(zhuǎn)到Fa垂直的位置（即使這時又有死鎖，轉(zhuǎn)子在與指定方向成180

°角的位置，也還是與Fa 垂直），然后再給AB通電，則能夠確保轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到Fa 方向。

兩相通電法的一個缺點就是通電時間的長短不好確定，若太短則不能保證定位完成，若太長則又會造成過流，必須通過反復試驗來制訂合適的通電時間。而且若起動時的負載變化，通電時間也需要重新制訂。

6.1.2 變感檢測法定位

一種更有效的方法是利用電機繞組電感的變化來檢測轉(zhuǎn)子的初始位置。這種方法不依賴于電機的任何特性，因此對任意電機都適用，甚至改變電機的起動負載，還是能有效地實現(xiàn)定位。該方法基于如下的原理：對處于永磁體磁場中的線圈施加一個電壓，根據(jù)磁場方向的不同，產(chǎn)生的電流會增強或削弱磁場的強度，從而使線圈電感減小或增大。

圖10變感檢測法定位

具體實現(xiàn)方法如圖10所示，先將某一相繞組連接到高電平，另外兩相接地，這時產(chǎn)生的定子磁場方向如圖所示。然后將接地的兩相繞組改接到高電平，原來接高電平的繞組接地，產(chǎn)生一個方向相反的磁場。兩種情況的通電時間都很短， 轉(zhuǎn)子并不轉(zhuǎn)動，繞組中產(chǎn)生一個電流脈沖。比較這兩種情況下電流脈沖的大小，即可比較出兩次繞組電感的大小，從而可把轉(zhuǎn)子定位在180°的范圍內(nèi)。然后換一相電機繞組重復剛才的過程，把轉(zhuǎn)子定位在另外180°的范圍內(nèi)。三相繞組各進行一次檢測，三個范圍的重合處，即可確定轉(zhuǎn)子所在的60°范圍。

由于這種方法每次繞組通電的時間都很短，因此不會擔心過流的問題。另外由于不會改變轉(zhuǎn)子位置，在轉(zhuǎn)子運行的間隙中也可以用這種方法來檢測轉(zhuǎn)子位置。

6.2 加速

明確了轉(zhuǎn)子的初始位置后，就能夠決定第一次應(yīng)該打開哪幾個開關(guān)管，使哪兩相通電，控制轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)到下一個位置，即第一次換相。如果這第一次換相時在斷開相繞且中產(chǎn)生的反電動勢就足夠檢測過零點，則可以直接進入閉環(huán)控制。但是實際情況往往沒有這么理想，在電機從靜止狀態(tài)第一次換相時的速度下，往往不足以產(chǎn)生足夠的反電動勢來實現(xiàn)過零點檢測。因此我們只能先將電機開環(huán)加速到一定的轉(zhuǎn)速，使反電動勢達到能夠檢測過零點的水平，再切換到閉環(huán)調(diào)速。

所謂的開環(huán)加速，就是不理會轉(zhuǎn)子的當前位置，按設(shè)定的順序和頻率強制換相，拉動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。并且逐漸加快換相頻率，使轉(zhuǎn)子加速轉(zhuǎn)動。在閉環(huán)控制中，我們是通過檢測過零點知道了轉(zhuǎn)子當前的位置，才決定下一步哪兩相通電，使定子產(chǎn)生相位領(lǐng)先轉(zhuǎn)子磁場方向120°電角度的磁場，用最優(yōu)的轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子拉到下一個60°。而開環(huán)控制中，因為不能檢測反電動勢，也沒有位置傳感器信號，我們無從知道轉(zhuǎn)子當前的位置，因此無法控制定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場的夾角，很容易生產(chǎn)過流或失步。若轉(zhuǎn)子已經(jīng)到了與定子磁場方向?qū)R的位置還不換相，則定子繞組內(nèi)的電流會很大，產(chǎn)生過流。若轉(zhuǎn)子還沒有轉(zhuǎn)到指定位置就發(fā)生了換相，則產(chǎn)生失步，進而可能使定子磁場方向反而落后于轉(zhuǎn)子磁場，使轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)，然后在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間不斷切換，使轉(zhuǎn)子反復擺動，甚至最后產(chǎn)生死鎖。

由于開環(huán)加速是很不穩(wěn)定的，必須事先設(shè)計合理的加速曲線。一種方法是先通過試驗確定加速曲線上的3~4個關(guān)鍵點，然后擬合出整條曲線的表達式。

此法的成功實現(xiàn)，受電機負載轉(zhuǎn)矩、外施電壓、加速曲線及轉(zhuǎn)動慣量等諸多因素影響。通過優(yōu)化加速曲線，此法能保證電機順利起動，但是對不同電機、不同負載，所對應(yīng)的優(yōu)化加速曲線不一樣，導致通用性不強。

還有一種加速方法是利用前面“定位”一小節(jié)中介紹的變感檢測法，每加速一段時間后就用這種方法檢測一次轉(zhuǎn)子位置，然后根據(jù)轉(zhuǎn)子位置調(diào)整要通電的相序，繼續(xù)加速。不斷重復檢測——加速——檢測——加速……直到電機高速運轉(zhuǎn)到需要的速度為止。

6.3 切換到閉環(huán)

當電機加速到可以檢測到反電動勢過零點的轉(zhuǎn)速后，即可以切換到閉環(huán)控制。為了實現(xiàn)這個切換，在電機速到一定速度后，或者直接從電機起動開始就要不斷地檢測斷開相繞組的電壓，并與中性點電壓比較以檢測過零點。如果連續(xù)幾個周期都檢測到過零點，則可以切換到閉環(huán)控制。

閉環(huán)切換的實現(xiàn)和前面的加速過程有著緊密的聯(lián)系。如果加速曲線不合理，即使電機能夠加速到足夠的轉(zhuǎn)速，卻有可能因為相位不同步，使反電動勢的過零點不是發(fā)生在斷開的那一相，而是在通電相。這樣由于通電相內(nèi)有外加電源產(chǎn)生電流，使我們無法檢測反電動勢，因此也不能進入閉環(huán)。

如果不想花過多精力在制訂加速曲線上，也可以用另外一種方法來切換到閉環(huán)。這種方法對轉(zhuǎn)子和定子磁場的相位差沒有要求，只要電機能加速到足夠的轉(zhuǎn)速后，將三相繞組全部開路，則轉(zhuǎn)子處于不受控狀態(tài)，憑借慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動。這時三相繞組中都沒有電流，都可以進行反電動勢過零點檢測，而不用擔心前面提到的反電動勢過零點發(fā)生在通電相而無法檢測的情況。在連續(xù)檢測到幾次過零點之后，就可以切換到閉環(huán)。在三相全部斷電后，電機在慣性作用下一般至少還會旋轉(zhuǎn)數(shù)十個電氣周期，其中轉(zhuǎn)速在反電動勢能夠檢測的水平之上的周期至少也有十幾個，足夠進行轉(zhuǎn)子位置檢測，因此這種方法是可行的。不足是這種方法在負載轉(zhuǎn)矩較大時不適用。

七、總結(jié)

本文假定讀者已經(jīng)具備一定的有霍爾BLDC控制方面的基礎(chǔ)，因此在敘述順序上是從有霍爾引申到無霍爾，從易到難。綜合以上各部分的介紹，最后按實際執(zhí)行的順序，將無霍爾BLDC的控制過程再大致概括如下：

1、定位。主要介紹了兩相通電法和變感檢測法，從理論上講，后者是更好的方法，但是我還沒有實際驗證過。

2、加速。在我實際接觸的項目中，針對我們所用的電機，不需要加速就可以直接進入閉環(huán)。但本文提到的幾種加速方法，除了結(jié)合變感檢測法的那種，也都經(jīng)過了實踐檢驗。

3、切換到閉環(huán)。在開環(huán)階段即不斷嘗試檢測斷開相的反電動勢，若能穩(wěn)定檢測后，則可切換到閉環(huán)。

4、用反電動勢法進行閉環(huán)控制。在PWM ON區(qū)間，對斷開相繞組的端電壓進行采樣，并與直流母線電壓的一半進行比較，即可得出過零點。通過反電動勢過零點即可判斷轉(zhuǎn)子當前的位置，進而決定下一步應(yīng)該哪兩相通電。由于換相時產(chǎn)生的尖峰電壓，在剛換相的一段時間內(nèi)檢測到的反電動勢可能不準確，要根據(jù)實際情況選擇放棄前面一至兩個PWM周期的電壓采樣值。若要求實現(xiàn)極低速閉環(huán)控制，可在PWMOFF區(qū)間對斷開相端電壓采樣，采樣值的過零點即為反電動勢過零點。

5、進入閉環(huán)后，通過改變PWM的占空比即可調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，占空比越大轉(zhuǎn)速越高。

無霍爾BLDC控制最大的難點就是起動問題。本文介紹的種種使電機起動的方法，都有其局限性，時至今日，尚沒有一種可靠而通用的方法，可以實現(xiàn)不

同應(yīng)用條件下不同特性的無霍爾BLDC的可靠起動。我們只能根據(jù)實際條件，有針對性的選擇某一種起動方法。但是隨著電機技術(shù)本身的發(fā)展，將來可能越來越多的無霍爾BLDC都能實現(xiàn)強度和靈敏度更高的反電動勢，從而可以直接進入閉環(huán)，使控制過程大大簡化。

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