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本文主要參考了TIDA-010031參考設(shè)計(jì)，分析下ADC采樣積分方波無感控制的原理，方便大家更好地完成類似的方案設(shè)計(jì)。
三個半橋驅(qū)動BLDC無刷電機(jī)，檢測低邊總線電流
2.典型的BLDC電機(jī)相電流和反電動勢波形圖分析
從波形上看，每60度電角度，只有兩個半橋有驅(qū)動電壓輸出，另外一個半橋上下管全關(guān)，這個相電壓是懸浮態(tài)。
BLDC電機(jī)運(yùn)行后，相線都有反電動勢。
電機(jī)反電動勢來源于電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起磁通的變化，而磁通的變化在定子繞組上會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。
對同一個電機(jī)來說，反電動勢峰值跟電機(jī)轉(zhuǎn)速幾乎是固定的比例。
3.反電動勢過零點(diǎn)到峰值的反電動勢電壓和時間的積分
根據(jù)上面對反電動勢峰值跟轉(zhuǎn)速(電頻率)幾乎成固定比例的描述，設(shè)定
。Vm為反電動勢峰值, 對于同一個電機(jī)，我們可以認(rèn)為Kv幾乎不變。
以上圖左邊的藍(lán)色區(qū)域?yàn)槔?，該區(qū)域(反電動勢過零點(diǎn)時刻到下一次換相點(diǎn)時刻之間的區(qū)域)的電角度是30度，也就是電角度（360度）的1/12。
設(shè)當(dāng)前電機(jī)電頻率為f, 單位為Hz。
反電動勢的峰值電壓為
,單位為伏特。
設(shè)反電動勢從center tap value到最大值的時間為t1, 而
。
那么藍(lán)色積分區(qū)域的積分值就等于藍(lán)色三角形的面積：
可以看到，積分結(jié)果是Kv值的
，因此積分結(jié)果也是幾乎不變的。
所以我們可以根據(jù)積分的值跟固定閾值
作比較來判斷換相點(diǎn)。
4.ADC如何采樣反電動勢
方波無感BLDC的ADC采樣積分控制，電路設(shè)計(jì)有三相相電壓ADC采樣電路，每60度電角度區(qū)間電機(jī)的兩相由于半橋有輸入電壓同時有電感電流，在不增加額外電路的情況下很難獲得反電動勢電壓，而懸浮相由于沒有半橋電壓輸入和電感電流，所以可以從檢測該相端電壓推導(dǎo)出該相實(shí)際的反電動勢電壓。
所以如果對這個電機(jī)控制方法感興趣的，可以在TI官網(wǎng)上查看該參考設(shè)計(jì)的軟硬件開發(fā)資料。
設(shè)計(jì)上采用下管常開，上管打PWM的策略驅(qū)動電機(jī)?？紤]到電機(jī)驅(qū)動的PWM duty的大小是變化的，可以根據(jù)半橋上管ON的時間長短來決定采樣策略，因?yàn)槿绻瞎軐?dǎo)通時間太短，為了避開MOSFET開通關(guān)斷的影響，留給采樣的時間就變得很少，不利于采樣的準(zhǔn)確性.
在上管ON的時間比較長時，在上管ON時遠(yuǎn)離MOSFET開關(guān)時刻檢測懸浮相的反電動勢電壓(一般在ON時間的正中間進(jìn)行采樣)。
此時的驅(qū)動邏輯是A相上管導(dǎo)通，B相下管導(dǎo)通, 所以有
。
Ea, Eb, Ec為電機(jī)三相反電動勢電壓，va, vb, vc為三相半橋中點(diǎn)電壓，也就是電機(jī)三相輸入電壓。
La, Lb, Lc為電機(jī)三相相電感，ia, ib,ic為電機(jī)三相輸入電流，Ra, Rb, Rc為電機(jī)三相輸入電阻(考慮三相電阻相等), vn為電機(jī)三相中點(diǎn)電壓。
可以得到當(dāng)Ec=0，也就是反電動勢過零時，
也就是說當(dāng)ADC檢測到
時，就意味著這個時刻是C相的反電動勢過零點(diǎn)， 那么理論上再經(jīng)過1/12 的電周期時間，電機(jī)就需要進(jìn)行換向.
上管ON的時間比較短時，在上管OFF時檢測懸浮相的反電動勢電壓(一般在OFF時間的正中間進(jìn)行采樣)
此時的驅(qū)動邏輯是A相上管關(guān)閉，B相下管仍導(dǎo)通,此時A相下管MOSFET體二極管續(xù)流，所以有
。
得到當(dāng)Ec=0，也就是反電動勢過零時,vc=0， 也就是說當(dāng)ADC檢測到vc=0時，就意味著這個時刻是C相的反電動勢過零點(diǎn)， 那么理論上再經(jīng)過1/12的電周期時間，電機(jī)就需要進(jìn)行換向.
從上面的分析，我們可以看到，使用ADC采樣積分方式進(jìn)行無感BLDC控制，設(shè)計(jì)上需要注意以下兩點(diǎn)
積分閾值跟電機(jī)的反電動勢峰值和轉(zhuǎn)速比值相關(guān)，可能會隨著電機(jī)不同而不同，需要針對電機(jī)進(jìn)行調(diào)整。
上管做PWM驅(qū)動的設(shè)計(jì)下， 可以采用不同的ADC采樣策略來針對大duty和小duty的情況，同時反電動勢過零點(diǎn)的判斷也需要調(diào)整
電機(jī)高速情況下，電頻率相對比較高，而ADC積分采樣基于PWM開關(guān)周期采樣的，所以要獲得比較準(zhǔn)確的換相點(diǎn)，需要比較高的開關(guān)頻率，如果開關(guān)頻率比較低，意味著采樣速率慢，可能會造成換相延遲比較大，從而影響電機(jī)的正?？刂?。
審核編輯：郭婷
工商網(wǎng)監(jiān)
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