基于PSoC3芯片的無位置傳感器BLDC電機控制

摘要
本文介紹基于新一代可編程片上系統芯片PSoC3(CY8C3866AXI-040)的無位置傳感器無刷電機（BLDC）控制方案 。PSoC3 片內豐富的資源減少了BLDC無傳感器控制對外部器件的依賴。借助于片內模擬多路選擇器，一個比較器模塊就能采樣三路反電勢信號。而比較器的時鐘同步功能可以在PWM高電平時刻對反電勢信號進行采樣，并將之與母線電壓做比較以獲取反電勢過零點。此外，該芯片在處理電機控制的同時還可以處理電容感應按鍵掃描以及與上位機通訊等任務。
Keyword： BLDC sensor-less control, Programmable system on chip
關鍵詞：無刷直流電機　無位置傳感器　可編程片上系統

引言
　　相比傳統的有刷直流電機而言，無刷直流電機（BLDC）用電控制裝置取代了電刷和換向器，提高了電機的可靠性，減小了電機的噪音，并且方便了電機的維護，正在許多領域獲得廣泛應用。無刷直流電機的換相是借助于安裝在電機定子上的位置傳感器（光學，磁性等元件）實現的。常用的三相六狀態120度控制方式保證在任何時刻有兩項繞組導通，另外一項繞組不導通。當轉子轉到一定位置時，位置傳感器輸出信號發生變化提示控制器進行換相。　其換相邏輯如圖1所示：

　　　
　　　　　　圖1　帶霍爾傳感器的無刷直流電機換相狀態圖

　然而，位置傳感器的使用帶來一些缺點：增加電機的成本和體積，增加了內部連線降低了系統的抗干擾性，　在特定場合（高溫，強震動，高腐蝕性）容易實效等。因而，近些年來，隨著控制芯片的性能的日益強大，無傳感器的BLDC電機控制逐漸成為研究熱點。
無傳感器的轉子位置檢測
無刷直流電機的無位置傳感器控制的關鍵技術在于轉子位置信息的獲取及估算方法。無位置傳感器檢測方法主要包括反電動勢過零點檢測法、反電動勢三次諧波積分檢測法、續流二極管檢測法、反電動勢積分法、磁鏈估計法、擴展卡爾曼濾波法等。本文所采用的位置檢測方法為經典的反電勢過零點檢測法。其原理如下：


圖2 無刷電機驅動電路拓撲
圖2為典型的三相星型連接的無刷電機驅動電路拓撲。Va， Vb，Vc為三相端電壓，Vn為中性點電壓。假定C相為非通電相，則根據電機方程有：
(1)

其中E為反電勢，I為相電流，L為電感。