本節(jié)提出一種針對(duì)于磁懸浮飛輪用無刷直流電機(jī)十分有效的無位置傳感器控制方法，這種方法可以避免使用中點(diǎn)電壓作為比較信號(hào)。對(duì)于特定的pwm調(diào)制方式，不導(dǎo)通相的反電動(dòng)勢(shì)能夠直接從不導(dǎo)通相的端電壓中測(cè)量出來。這種方法適用于三相六狀態(tài)的電機(jī)換相方式。

　　通常，對(duì)于無刷直流電機(jī)來說，有三種pwm調(diào)制方式：一種較為常用，是高壓側(cè)功率管pwm調(diào)制方式，而低壓側(cè)功率管常導(dǎo)通；一種是低壓側(cè)功率管pwm調(diào)制方式，高壓側(cè)功率管常導(dǎo)通；還有一種是高、低壓側(cè)功率管同時(shí)采用pwm調(diào)制的方式。

　　本節(jié)所采用的pwm調(diào)制是第一種方式，采用高壓側(cè)功率管調(diào)制方式，而低

　　壓側(cè)只是在電機(jī)換相時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷，不導(dǎo)通相的反電動(dòng)勢(shì)可以在pwm高電平和相電流續(xù)流階段中被檢測(cè)出來。在任意時(shí)刻，一相繞組連接于高壓側(cè)pwm調(diào)制的功率管，另一相連接于低壓側(cè)常開通的功率管。剩下的一相沒有電流通過，其端電壓用于檢測(cè)出反電動(dòng)勢(shì)。如圖1所示，a相和b相兩相導(dǎo)通，c相不導(dǎo)通。

　　圖1 bldc運(yùn)行時(shí)三相端電壓電路

　　假設(shè)某一個(gè)換相階段，電機(jī)處于a和b相導(dǎo)通，c相為不導(dǎo)通相狀態(tài)，如圖1所示。在一個(gè)pwm調(diào)制周期中，當(dāng)pwm信號(hào)為低電平相電流處于續(xù)流狀態(tài)時(shí)，高壓側(cè)功率管sw1關(guān)斷，相電流經(jīng)由功率管中集成的續(xù)流二極管vd1，在a相和b相繞組中續(xù)流。在這個(gè)續(xù)流階段中，不導(dǎo)通相端電壓同樣可以檢測(cè)出反電動(dòng)勢(shì)的過零點(diǎn)，具體如下：

　　對(duì)于a相繞組有 從式（6－43）～式（6－48）可知，當(dāng)相電流在功率管的集成二極管中續(xù)流時(shí)，不導(dǎo)通相的端電壓直接和反電動(dòng)勢(shì)成正比，而此時(shí)由于不存在功率管的開關(guān)狀態(tài)，因此不會(huì)有大量的開關(guān)噪聲。將此時(shí)刻的端電壓和固定的參考電壓進(jìn)行比較，可以非常精確地得到不導(dǎo)通相反電動(dòng)勢(shì)的過零點(diǎn)，在過零點(diǎn)時(shí)刻再延時(shí)30°電角度，即是無刷直流電機(jī)的換相點(diǎn)。

　　和常用的無位置傳感器控制方法相比，這種方法有較高的靈敏度。由于不用對(duì)端電壓分壓檢測(cè)，因此所檢測(cè)到的端電壓不會(huì)有衰減。尤其在無刷直流電機(jī)低速階段，擁有很高的檢測(cè)精度，因此拓寬了這種方法的轉(zhuǎn)速適用范圍，也加快了電機(jī)開環(huán)起動(dòng)的過程。另外，由于不導(dǎo)通相的反電動(dòng)勢(shì)只在pwm關(guān)斷狀態(tài)時(shí)被檢測(cè)，因此能夠避免高頻的pwm開關(guān)噪聲。這種同步的檢測(cè)方法能夠很方便地去除開關(guān)噪聲帶來的過零點(diǎn)精度問題；由于不需要低通濾波，因此不會(huì)帶來所檢測(cè)到的反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)會(huì)發(fā)生過大的相移；最后，便于在數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行方法實(shí)現(xiàn)。

　　以上的方法是在pwm在關(guān)斷、相電流處于續(xù)流狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于磁懸浮飛輪用無刷直流電機(jī)運(yùn)用的整個(gè)過程中，也帶來了一定的方法局限性。當(dāng)轉(zhuǎn)速不斷提高時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)逐漸增加，導(dǎo)致繞組中續(xù)流時(shí)間縮短。當(dāng)相電流從續(xù)流狀態(tài)向斷流狀態(tài)突變時(shí)，三相逆變橋中功率管的寄生電容和電樞繞組中的電感和電阻相互作用，不導(dǎo)通相的端電壓會(huì)存在二階阻尼振蕩過程。在振蕩過程中，將檢測(cè)到的電樞繞組端電壓應(yīng)用于無位置傳感器的換相控制中，會(huì)得到不正確的結(jié)果。

　　針對(duì)這種情況，可以在pwm高電平時(shí)將不導(dǎo)通相端電壓與電源電壓的一半值進(jìn)行比較，每次當(dāng)比較產(chǎn)生的信號(hào)發(fā)生電平跳變時(shí)，即使不導(dǎo)通相反電動(dòng)勢(shì)的過零時(shí)刻，此時(shí)根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)速延時(shí)30°電角度也是無刷直流電機(jī)的換相點(diǎn)。

　　如圖1所示，相電流從電源正極出發(fā)，經(jīng)過高壓側(cè)功率管sw1，經(jīng)過a相和b相繞組，再由低壓側(cè)的功率管sw2流回電源。相電流在繞組電感的作用不斷上升，此時(shí)，c相繞組中沒有相電流流過，根據(jù)bldc電路可以計(jì)算出此時(shí)c相端電壓。通過a相繞組可以計(jì)算兩相導(dǎo)通時(shí)電機(jī)的中點(diǎn)電壓vn為

　　因此，將不導(dǎo)通相端電壓與bldc電源電壓的一半值進(jìn)行比較，可以得到反電動(dòng)勢(shì)的過零信息。

　　總上所述，當(dāng)pwm占空比較大時(shí)，將不導(dǎo)通相的端電壓與電源電壓的一半進(jìn)行比較，限幅多路切換器將不導(dǎo)通相的端電壓限幅后與電源電壓參考值通過程控放大比較器進(jìn)行比較，輸出無位置傳感器控制系統(tǒng)的換相信號(hào)；在電機(jī)進(jìn)行速度控制導(dǎo)致pwm占空比很小時(shí)，可在一個(gè)pwm周期中繞組相電流處于斷續(xù)狀態(tài)時(shí)，將不導(dǎo)通相的端電壓與電源地電壓進(jìn)行比較，輸出換相信號(hào)。

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