无刷电机之无感方案控制难点解析

 

无刷无感控制在实际应用中极为广泛，人们对它的研究也尤为以久，它的控制难点主要有两点：第一，电机的启动；第二，转子位置的检测。
对于高压无感方案来讲，除了软件上的难点之外，硬件设计也不容忽视，如硬件设计稍有不当，会导致整个控制板的干扰很大，从而加大了整个方案成功的难度。
以下我们主要针对低压的无感方案进行讨论，对于低压的无感方案来讲，市面上的硬件设计都大同小异，检测转子的位置的方式也都几乎都采用反电动势检测法。
1、为什么无感方案电机的启动如此困难？
对于无刷电机来讲，电机的运转是靠电子开关控制换相，那么想要电机正常高效的运转，就必须要知道转子的位置之后，才能正常换相，问题来了，电机没有传感器，也没有转起来，所以转子的位置就不得而知了，所以无感的启动就要自转启动，先让电机以一定的速率自转，在电机自动的过程中，我们通过检测反电动势来得知转子的位置，从而得到正确的换相的相位。
电机的自启动说起来简单做起来难，本人在调试众多无感方案的过程中，总结出以下几点经验供参考：
（1）、首先是自转，自转一定要让电机运转顺畅，不能打抖，同时也不能造成大电流。这是启动成功的非常关键的一步。具体如何达到这个效果，就要各位在调试的过程中调节PWM占空比以及换相时间的长短了。
（2）、启动步数不能太少，也不要过多，一般十来步就够了，等电机运行十来步后开始检测反电动势，当检测到正确的反电动势后这时候电机就正常运转起来了。
2、如何检测反电动势
检测反电动势的方法有两种，第一是用单片机内部AD采样反电动势信号来进行比较，第二是用比较器直接比较。这两种方法思路都是一样，但依个人的经验来看，用比较器的方案更可靠，性能更好，特别是电机转速要求非常高时，用AD采样方法几乎是行不通的。
虽然用比较器方案更有优势，可为何在市面上用AD采样的方式也非常常见？这个主要是因为产品成本的问题。用比较器方案做，要不在外部加一个比较器IC，不仅增加成本，同时也增大PCB的布板空间，其二就是找一个内部带AD的单片机，而这种单片机相对来讲通常价格偏高一些。
下图为检测反电动势的电路参考图：


这是个AD检测方案、比较器比较方案通用的电路图，如果单片机有比较器，那就接到比较器的那个端口，如果没有，就必须要接到AD口。
以比较器方案为例，当电机自转完成后，打开比较器中断（比较对象为：中点电压与悬空相的电压值），当比较中断到来时，立即换相，换相后再设置比较器的比较对像，即中点电压与当前悬空相的电压值，以等待下一次比较中断的到来。

以上控制方式是没有延时30度的控制方式，在一般的控制系统中，此控制方式可行，特别是做无感大电流大扭力的方案，不延时的控制方式反而会更加稳定，带载能力会更强。当然这样做也有弊端，就是效率不如增加30度延时的高。具体用什么方式来做，就得看实际的产品了。