換相的時機只取決于轉(zhuǎn)子的位置，一種比較簡單的方式是用光電編碼盤充當(dāng)位置傳感器，這個東西在工業(yè)上用得比較多。

其次是用霍爾效應(yīng)器件來充當(dāng)位置傳感器，其可以根據(jù)轉(zhuǎn)子不同位置時的不同磁場方向分布情況，給出高電平或低電平的輸出，一般在電機的不同位置上裝三個霍爾傳感器，就可測出轉(zhuǎn)子的位置。這就是所謂的“有感無刷電機”。值得一提的是，車模和船模中的電調(diào)多是使用“有感”方式，因為其電機需要頻繁啟動、停止、反轉(zhuǎn)，而且對整套動力系統(tǒng)的重量也不是十分講究，故用有感無刷電機電調(diào)是比較合適的。無感的方式則是省去位置傳感器，利用某時刻沒通電的第三相的反電動勢來估測轉(zhuǎn)子的位置。這使整套系統(tǒng)分量更輕，結(jié)構(gòu)更簡單。其缺點在于啟動比較麻煩，啟動的時候可控性較差，要達到一定轉(zhuǎn)速后才變得可控。

無感換相基本原理

那無感換相如何根據(jù)第三相的反電動勢來估測轉(zhuǎn)子的位置？如圖3-1，在AB通電期間，線圈CC’的C邊在圖(a)中切割N極的磁力線并產(chǎn)生一個正向的感生電動勢，在圖(b)中確是切割S極的磁力線而產(chǎn)生一個反向的感生電動勢了。C’邊的情況也類似。這說明，在AB相通電期間，如果去測量線圈 CC’上的電壓，會發(fā)現(xiàn)其間有一個從正到負的變化過程。于此類似，其余通電情況也可以用這個辦法分析。

那無感換相如何根據(jù)第三相的反電動勢來估測轉(zhuǎn)子的位置？如圖3-1，在AB通電期間，線圈CC’的C邊在圖(a)中切割N極的磁力線并產(chǎn)生一個正向的感生電動勢，在圖(b)中確是切割S極的磁力線而產(chǎn)生一個反向的感生電動勢了。C’邊的情況也類似。這說明，在AB相通電期間，如果去測量線圈 CC’上的電壓，會發(fā)現(xiàn)其間有一個從正到負的變化過程。于此類似，其余通電情況也可以用這個辦法分析。

在AB相通電期間，CC’的感生電動勢會整個換一個方向，也即所謂的“過零點”。在圖3-2的t0時刻，為AB相通電剛開始時的情況，CC’產(chǎn)生的感生電動勢的等效電路圖如圖3-3 (a)所示。而在t1時刻，為AB相通電快結(jié)束時的情況，CC’產(chǎn)生的感生電動勢的等效電路圖如圖3-3(b)所示。

這里需要說明一下的是，在AB相通電期間，不只是線圈CC’上產(chǎn)生感生電動勢，其實AA’和 BB’也在切割磁力線，也都會產(chǎn)生感生電動勢，其電動勢方向與外加的電源方向相反，所以叫“反向感生電動勢”（BEMF）。線圈繞組AA’和BB’上產(chǎn)生的反電動勢是很大的，兩者相加幾乎略小于電源電壓（假設(shè)為12V）。線圈繞組本身的等效電阻很小（約0.1歐左右），如果反電動勢不大的話，端電壓加載在線圈繞組等效電阻上，會產(chǎn)生巨大的電流，線圈非燒掉不可。為方便理解，姑且假設(shè)在額定轉(zhuǎn)速下AA’和BB’各產(chǎn)生5.7V的反電動勢，那么它們串聯(lián)起來就產(chǎn)生11.4V的反電動勢，那么施加在等效電阻上的電壓就為(12-11.4)=0.6V，最終通過繞組AB的電流就是0.6 /(2* 0.1)=3A。同理，由于各繞組的結(jié)構(gòu)是相同的，切割磁力線的速度也是相同的，所以線圈CC’也應(yīng)該會產(chǎn)生一個大小約為5.7V的感生電動勢。由于中點電勢值始終為6V，CC’的線圈產(chǎn)生的感生電動勢只能在以中點6V電勢為基準(zhǔn)點的基礎(chǔ)上疊加，仍舊假設(shè)在額定轉(zhuǎn)速下CC’上會產(chǎn)生5.7V的感生電動勢，那么在t0時刻，如果去測量C點的電壓，其值應(yīng)為6+5.7=11.7V；在t1時刻，C點的電壓值應(yīng)為6-5.7=0.3V。也就是說，在AB相通電期間，只要一直監(jiān)測電機的C相引線的電壓，一旦監(jiān)測到低于中點電壓，就說明轉(zhuǎn)子已轉(zhuǎn)過30°到達了t0和t1中間的位置，只要再等30°就可以換相了。如果電調(diào)的MCU足夠快的話，可以采用連續(xù)AD采樣的方式來測量C相電壓，不過會浪費CPU資源，因為大部分采到的AD值都是沒用的，我們只關(guān)心它什么時候低于中點電壓。可以使用一個模擬比較器來監(jiān)測過零信號。一旦C相輸出電壓低于中點電壓，比較器馬上可以感知并在輸出端給出一個下降沿。同理，當(dāng)電機處于AC相通電時，監(jiān)測的是B相輸出電壓；當(dāng)電機處于BC相通電時，監(jiān)測的是A相輸出電壓。繼續(xù)往前，當(dāng)電機開始進入BA 相通電時，C相輸出電壓一開始會處于一個較低的狀態(tài)，過零事件發(fā)生時，C相輸出電壓會超過中點電壓，這時比較器會感知并輸出一個上升沿。接下來的CA，CB相通電情況也類似，不再贅述。

延遲換相

根據(jù)前文所述知道在C相的過零點，轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn)過30°，還需要再轉(zhuǎn)30°才可換相，那怎么知道轉(zhuǎn)動余下的30°需要多少時間呢？一種比較簡單的做法是近似認為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在這 0°~60°的小范圍區(qū)間內(nèi)基本是恒定的：從AB相開始通電到檢測出C相過零點的前半段時間，基本等于后半段的時間。所以只要使用定時器計數(shù)前半段的時間間隔T1，等過零事件出現(xiàn)后再等待相同的時間再換相即可。當(dāng)然，更直接的方法是監(jiān)測到過零點后不延遲30°，而是直接換相。這種方法當(dāng)然也可行，但是會損失一點效率，且同等情況下轉(zhuǎn)矩也會減小。

消磁現(xiàn)象

在實際換相過程中，例如AB相切換到AC相的過程中，由B相電流突然減小（不會突然消失，續(xù)流一段時間直到自身能量耗盡），其線圈的自身電感會在續(xù)流期間，成為一個電動勢產(chǎn)生者，而且方向和原來相反，并疊加在中點之上。如圖3-4，此時B端電位是高于中點電位。注意(a)圖中B線圈的感生電動勢是導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生的，而(b)圖中的續(xù)流電動勢是B線圈自身的電感產(chǎn)生的（其大小要高于切割磁力線的感生電動勢大小）。

當(dāng)B線圈能量耗盡后，切割磁力線的行為再次成為主導(dǎo)B相感生電動勢的主要因素，所以B端電位此時又會低于中點電位，這就是所謂的“消磁現(xiàn)象”。如圖3-5即為換相時出現(xiàn)的消磁現(xiàn)象。

當(dāng)B線圈能量耗盡后，切割磁力線的行為再次成為主導(dǎo)B相感生電動勢的主要因素，所以B端電位此時又會低于中點電位，這就是所謂的“消磁現(xiàn)象”。如圖3-5即為換相時出現(xiàn)的消磁現(xiàn)象。

由于消磁事件的存在，B端會在AC相通電期間，產(chǎn)生兩次上沖過零事件（也即模擬比較器會捕捉到兩次過零信號），前一次是無效的，后一次才是有效的過零信號。軟件上可通過以下策略濾除消磁現(xiàn)象的干擾，在比較器捕捉到過零信號后，檢查當(dāng)前距離上一次換相的時間是否大于延遲換相的時間，大于則為有效過零信號，小于則為消磁現(xiàn)象引發(fā)的過零。

六臂全橋MOS驅(qū)動電路

圖3-6為六臂全橋MOS驅(qū)動電路簡圖。Q1到 Q6為功率場效應(yīng)管，當(dāng)需要AB相導(dǎo)通時，只需要打開Q1,Q4管，而使其他管保持截止。此時，電流的流經(jīng)途徑為：正極→Q1→線圈A→繞組B→Q4→負極。這樣，六種相位導(dǎo)通模式：AB, AC, BC,BA,CA,CB分別對應(yīng)的場效應(yīng)管打開順序為Q1Q4,Q2Q2, Q3Q2,Q3Q6,Q5Q6,Q5Q4。實際控制中，通常將上臂或者下臂常開，另一臂通入PWM信號進行控制。BLDC的調(diào)速就是用PWM信號的占空比進行調(diào)制。

反電動勢過零檢測電路

PHASE_A,PHASE_B,PHASE_C分別接電機的A,B,C線，經(jīng)過一個分壓網(wǎng)絡(luò)后分別為NULL_A,NULL_B,NULL_C，MITTEL為估測的變形后的中點電壓。只要在AB通電期間將NULL_C和MITTEL比較；AC通電期間將NULL_B和MITTLE比較；BC通電期間將NULL_A和MITTLE比較，就可以成功檢測出各相的過零事件。由于這三個過零事件產(chǎn)生的時間不同，如果能在比較器的輸入端不斷地切換這三個端點電壓，只要復(fù)用單個比較器就可以。

制動策略

通常利用電機自身進行快速制動有兩種簡單的辦法，一種是能耗制動，一種是短接制動，能耗制動是把電機的動能消耗在外部制動電阻上，短接制動是把電機的動能消耗在電機的定子繞組上。顯然能耗制動對于減少電機發(fā)熱更加有利。

短接制動是指在剎車時能做到讓電機的驅(qū)動MOS管上橋臂（或者下橋臂）全部導(dǎo)通而下橋臂（或者上橋臂）截止?fàn)顟B(tài)，電機的三相定子繞組全部被短接。處于發(fā)電狀態(tài)的電機，相當(dāng)于電源被短路。因為繞組的電阻比較小，所以能產(chǎn)生很大的短路電流，電機的動能被快速釋放，從而使電機瞬時產(chǎn)生極大的制動力矩，能夠達到快速剎車的效果。電機速度越高，短路電流越大，制動力也越大。

短接制動在廣義上也是能耗制動，

只是一般的能耗制動用的外接的耗能電阻，在超大功率場合應(yīng)用。中小功率都可以使用短接制動，使用Rs能耗制動。

考慮不能超過MOS管的承受能力，一般等待電機降低低速后再使用短接制動。實際設(shè)計時，考慮導(dǎo)通橋臂帶有PWM控制，這樣還可以對剎車力度進行適當(dāng)調(diào)節(jié)。為了避免在電機高速時產(chǎn)生過大的短路電流，一般開始短接制動時PWM占空比不要超過30%。當(dāng)電機速度降低為低速時，加大制動力矩，即使采用100%的占空比對于MOS管也是安全的。

其利天下驅(qū)動方案