基于PSoC3芯片的無位置傳感器BLDC電機(jī)控制

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

引言
　　相比傳統(tǒng)的有刷直流電機(jī)而言，無刷直流電機(jī)（BLDC）用電控制裝置取代了電刷和換向器，提高了電機(jī)的可靠性，減小了電機(jī)的噪音，并且方便了電機(jī)的維護(hù)，正在許多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。無刷直流電機(jī)的換相是借助于安裝在電機(jī)定子上的位置傳感器（光學(xué)，磁性等元件）實(shí)現(xiàn)的。常用的三相六狀態(tài)120度控制方式保證在任何時(shí)刻有兩項(xiàng)繞組導(dǎo)通，另外一項(xiàng)繞組不導(dǎo)通。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到一定位置時(shí)，位置傳感器輸出信號(hào)發(fā)生變化提示控制器進(jìn)行換相?！∑鋼Q相邏輯如圖1所示：

　　　
　　　　　　圖1　帶霍爾傳感器的無刷直流電機(jī)換相狀態(tài)圖

　然而，位置傳感器的使用帶來一些缺點(diǎn)：增加電機(jī)的成本和體積，增加了內(nèi)部連線降低了系統(tǒng)的抗干擾性，　在特定場合（高溫，強(qiáng)震動(dòng)，高腐蝕性）容易實(shí)效等。因而，近些年來，隨著控制芯片的性能的日益強(qiáng)大，無傳感器的BLDC電機(jī)控制逐漸成為研究熱點(diǎn)。
無傳感器的轉(zhuǎn)子位置檢測
無刷直流電機(jī)的無位置傳感器控制的關(guān)鍵技術(shù)在于轉(zhuǎn)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(dòng)勢過零點(diǎn)檢測法、反電動(dòng)勢三次諧波積分檢測法、續(xù)流二極管檢測法、反電動(dòng)勢積分法、磁鏈估計(jì)法、擴(kuò)展卡爾曼濾波法等。本文所采用的位置檢測方法為經(jīng)典的反電勢過零點(diǎn)檢測法。其原理如下：


圖2 無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路拓?fù)?br />圖2為典型的三相星型連接的無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路拓?fù)洹a， Vb，Vc為三相端電壓，Vn為中性點(diǎn)電壓。假定C相為非通電相，則根據(jù)電機(jī)方程有：
(1)

其中E為反電勢，I為相電流，L為電感。