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BLDC无感控制的驱动逻辑

news 来源：原创 2025/5/10 5:12:44

       如何知道转子已经到达预定位置，因为我们只有知道了转子到达了预定位置之后才能进行换相，这样电机才能顺滑的运转。转子位置检测常用的有三种方式。

方式一：通过过零检测，三相相电压与电机中性点电压进行比较。过零检测的优点在于电机与驱动连接的线较少，但是缺点在于启动的时候需要开环启动，会导致低速的时候控制效果差，并且硬件电路会更加复杂。

方式二：通过安装霍尔检测转子位置，一共安装三个霍尔分别间隔120度安装，霍尔输出的波形如下图所示(使用逻辑分析仪采集到的波形)，每当波形改变的时候就需要进行换相。优点是电路结构简单，缺点是电机成本会稍微高一点点。

方式三：加装磁编码器直接检测转子具体的位置。这种方式成本会高很多。

        有感无刷电机我们可以通过电机内部的霍尔判断转子当前的位置，然后无感无刷则只有三根相线。因此无感无刷电路上稍微复杂一点，会多一个反电动检测电路，通过判断未通电的那项过零来判断电机是否应该进行换相。反电动势检测电路主要有分压电路与比较电路构成。逐飞基于STC32G制作的无感无刷电调使用了单片机内部的比较器，因此外围电路非常的简单，可以大幅度缩小板子的面积。

接下来我们简单描述一下分压电路与比较器电路的作用，分压电路是为了将反电动的电压降低到比较器或者MCU可承受范围内，而比较器是用于判断反电动势过零信号的，我们将未通电的相的反电动势与电机中性点电压进行比较，当反电动势从负逐渐上涨超过电机中性点电压的时候，或者当反电动势从正逐渐下降低于电机中性点电压的时候就捕获到一个过零信号。这里经常有一个误区，很多人认为过零就是反电动势对地比较，这个是不对的，这里比较的对象是电机的中性点电压，并非是电路的GND。那有的小伙伴可能会疑问电机的中性点又没有引出，一般的无刷电机都只有三个相线，怎么与中性点进行比较呢，这个我们可以采用虚构一个中性点，也就是将三个相线使用同样大小的电阻连接在一个点，这样我们就虚构了一个中性点了。 有的小伙伴可能关注过STC32G MCU的内部资源会提出一个疑问，那就是MCU内部只有一个比较器，那如何实现三个相的比较呢，实际上MCU内部的比较器有多个输入端，可以通过程序切换来选择来将哪个引脚连接到比较上，这样我们就可以通过程序不停的切换引脚实现对三相的比较，因为在瞬时我们总是只需要对一个相进行比较就好了。 前面简单介绍了一下无感无刷如何判断应该何时换相，但是我们好像还有一件非常重要的事还没解决，那就是电机还没转起来的时候是没有反电动势的，因此通常无感无刷启动分为三个步骤，1、预定位 2、开环加速 3、切入闭环控制。 预定位：是预先将转子定在某一个位置上，只要持续的给较小的占空比给某一相通电即可。 开环加速：强制拖动电机转动，通过延时的方式依次进行换相从而迫使电机转动起来，通过逐渐减小每次的延时使得电机逐渐加速。 切入闭环控制：在强制拖动电机转动的时候，我们通过检测比较器输出的过零信号，当连续检测到多次合理的过零信号我们就切换闭环控制，这里的闭环控制表达的意思是电机的换相不再是通过延时换相，而是根据过零信号来进行换相。

由于单片机内部已经集成了比较器，因此外围器件选择主要就集中在了预驱、MOS管型号的选择上，MOS管我们选择的型号是TPN2R703NL，这款MOS电流高达45A，10V的时候内阻低至2.2毫欧，开启电压低至2.3V左右，性价比较高，预驱采用FD6288Q，体积小巧，如下图所示：

我们测试了多种螺旋浆，最终选择了这个6叶螺旋浆，体积适中。螺旋浆不能使用那种价格过于低廉的，在我们测试中发现价格低廉的螺旋浆动平衡很差，告诉转动很容易震动。

航模电机驱动器上电的时候叫声是电机在叫，不是蜂鸣器：

这种方法利用了电机本身的绕组振动产生声音，类似于蜂鸣器的工作原理。

这里简单直接加了一个二极管将电源输入和三相电机的供电连接：

逐飞科技基于STC的无感无刷驱动开源项目: 逐飞科技精心设计了基于STC的无感无刷驱动参考方案，该方案使用STC32G12K128-LQFP48，此单片机具有比较器，无需外加比较器。驱动支持低电压保护、堵转保护、上电鸣叫、默认支持刹车。

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