基于PSoC3芯片的無(wú)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(wú)位置傳感器無(wú)刷電機（BLDC）控制方案 。PSoC3 片內豐富的資源減少了BLDC無(wú)傳感器控制對外部器件的依賴(lài)。借助于片內模擬多路選擇器，一個(gè)比較器模塊就能采樣三路反電勢信號。而比較器的時(shí)鐘同步功能可以在PWM高電平時(shí)刻對反電勢信號進(jìn)行采樣，并將之與母線(xiàn)電壓做比較以獲取反電勢過(guò)零點(diǎn)。此外，該芯片在處理電機控制的同時(shí)還可以處理電容感應按鍵掃描以及與上位機通訊等任務(wù)。
Keyword： BLDC sensor-less control, Programmable system on chip
關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電機　無(wú)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(wú)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(lǐng)域獲得廣泛應用。無(wú)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(xué)，磁性等元件）實(shí)現的。常用的三相六狀態(tài)120度控制方式保證在任何時(shí)刻有兩項繞組導通，另外一項繞組不導通。當轉子轉到一定位置時(shí)，位置傳感器輸出信號發(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(wú)刷直流電機換相狀態(tài)圖

　然而，位置傳感器的使用帶來(lái)一些缺點(diǎn)：增加電機的成本和體積，增加了內部連線(xiàn)降低了系統的抗干擾性，　在特定場(chǎng)合（高溫，強震動(dòng)，高腐蝕性）容易實(shí)效等。因而，近些年來(lái)，隨著(zhù)控制芯片的性能的日益強大，無(wú)傳感器的BLDC電機控制逐漸成為研究熱點(diǎn)。
無(wú)傳感器的轉子位置檢測
無(wú)刷直流電機的無(wú)位置傳感器控制的關(guān)鍵技術(shù)在于轉子位置信息的獲取及估算方法。無(wú)位置傳感器檢測方法主要包括反電動(dòng)勢過(guò)零點(diǎn)檢測法、反電動(dòng)勢三次諧波積分檢測法、續流二極管檢測法、反電動(dòng)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(jīng)典的反電勢過(guò)零點(diǎn)檢測法。其原理如下：


圖2 無(wú)刷電機驅動(dòng)電路拓撲
圖2為典型的三相星型連接的無(wú)刷電機驅動(dòng)電路拓撲。Va， 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，則根據電機方程有：
(1)

其中E為反電勢，I為相電流，L為電感。