bldc无霍尔怎么控制（无霍尔电机控制方法）

一、前言

无霍尔BLDC 控制方案的基本原理与有霍尔BLDC 类似。它们都采用所谓的“六步换向法”。根据转子的当前位置，按一定顺序对定子绕组进行通电，使BLDC 电机旋转。不同的是，无霍尔BLDC不需要霍尔效应传感器，通过检测定子绕组反电动势的过零点来确定转子的当前位置。与霍尔解决方案相比，最明显的优势是成本降低和尺寸更小。并且电机引线由8根变为3根，大大简化了接线和调试。另外，霍尔传感器易受温度、磁场等外部环境影响，故障率较高。因此，无霍尔BLDC 的使用越来越多，并在许多情况下逐渐取代霍尔BLDC。

本文介绍了三相BLDC电机的无霍尔控制理论。根据具体的应用，具体的实现方法会有所不同。

二、BLDC电机结构及驱动方式简介

简单的BLDC 结构如图1 所示。电机的外层是定子，其中包含电机绕组。大多数BLDC 具有三个Y 形连接的绕组，每个绕组都由多个互连的线圈组成。电机内部是转子，转子由围绕电机圆周的相反磁极组成。图1 显示了只有两个磁极（北极和南极）的转子。在实际应用中，大多数电机的转子具有多对磁极。

图1 BLDC基本结构[1]

BLDC电机驱动电路的基本模型如图2所示。通过开关管Q0~Q5控制电机三相绕组的通电状态。开关管可以是IGBT或者功率MOS管。位于上方且连接电源正极的开关管称为“上桥”，位于下方且连接电源负极的开关管称为“下桥”。

图2 BLDC电机驱动电路基本模型[2]

例如，如果Q1和Q4导通，其他开关管关断，则电流从电源正极流经Q1、A相绕组、C相绕组、Q4回到电源负极。电源。流经A、C相定子绕组的电流会产生磁场，根据右手定则，其方向与B相绕组平行。由于转子是永磁体，在磁场力的作用下，它将沿平行于定子磁场的方向旋转，即旋转到平行于B相绕组的位置，使得转子的北磁极转子与定子磁场的南磁极对齐。

同样，通过开启上下桥臂MOS管的不同组合，可以控制电流的流动方向，产生不同方向的磁场，使永磁转子旋转到指定位置。为了使BLDC 电机连续按指定方向旋转，必须按一定顺序对定子绕组通电。从一种通电状态到另一种通电状态的切换称为“换相”，例如从AB通电变为AC通电。换向使转子旋转到下一个位置。上下桥臂各有3个开关管，共六种组合。因此，每改变60，电机经过六步换向即可旋转一个电周期。这就是所谓的“六步换相法”。

为了使转子的扭矩最大化，理想的情况是使定子磁场与转子磁场的方向垂直。但实际上，由于定子磁场方向每60才改变一次，而转子不断旋转，因此不可能始终保持它们之间90的相位差。最佳方法是每次换向时使定子磁场超前转子磁场方向120电角度，这样当转子旋转60时，定子磁场与转子磁场方向之间的夹角视场角从120 变为60。 ，扭矩利用率最高。

为了确定按通电顺序对哪个绕组进行通电，必须知道转子的当前位置。在带有霍尔的BLDC 中，转子的位置由嵌入定子中的霍尔效应传感器检测。无霍尔BLDC电机不依赖位置传感器，而是利用电机本身的特征信号来达到类似于位置传感器的效果。最常用的是反电动势法，本文下一节将介绍该法。

当

三、反电动势法控制BLDC电机的原理

BLDC电机旋转时，永磁转子的旋转在电机内部产生变化的磁场。根据电磁感应定律，每相绕组都会感应出一个反电动势（BEMF，BackElectromotiveForce）。 BLDC电机的BEMF波形随着转子的位置和速度而变化，整体呈现梯形。

图3所示为电机一个电周期内的电流和反电动势波形。实线代表电流，虚线代表反电动势，横坐标为电机旋转的电角度。根据BLDC的“六步换向”控制理论，我们知道，任何时候，三相BLDC只有两相通电，另一相开路，三相分两相或两相通电。有六种组合，按一定顺序每60 变化一次。这会产生旋转磁场并拉动永磁转子。相应地转动。这里的60是指电角，一个电周期不一定对应转子完整的机械旋转周期。完成机械旋转一圈所需的电气周期数取决于转子中的极对数。每对转子磁极需要完成一个电周期，因此电周期数/转数等于转子磁极对数。

图3 BLDC电机电流和反电动势波形

控制BLDC 的关键是确定换向时刻。从图3可以看出，每两个换相点的中间对应一个反电动势极性变化的点，即反电动势由正变负或由负变正的点，这称为零交叉点。利用反电动势的这一特性，只要能够准确地检测到反电动势的过零点，将其延迟30，即需要换相的时刻。

四、反电动势的检测方法

从图3可以看出，反电动势的各个过零点都出现在非通电阶段。例如，图3中的第一个60，A相电流为正，B相电流为负，C相电流为零。这意味着电机AB相通电，电流从A流向B，C开路。反电动势的零交叉点恰好是

for Sensorless andVariableLoad BLDC ControlUsingVariableInductanceSensingMethod,InfineonTechnologiesAG.2006.