冰箱的直流无刷电机控制

文章摘要：反电动势过零检测检测反电动势过零点对于无传感器控制系统非常关键。确定过零点可以使用几种不同的技术。如前面所述，每个换向序列都有一个非励磁绕组，在每个绕组通过非励磁状态时检测反电动势过零点。图4a、4b和4c显示了可以用于检测反电动势过零点的不同方案。在图4a中，A相与电源正极（DC+）连接， C相与电源负极（或回路DC-）连接，B相开路。观察B相上的反电动势，可以看到反电动势朝正电压上升，然后朝负电压下降。将它与直流母线电压的一半进行比较时，可以获得虚拟过零点。通过使用运放比较器，可以确定过零点。图4b显示了通过产生虚拟中性点来确定反电动势过零点的方法。虚拟中性点使用图中所示的梯形电阻网络产生

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反电动势过零检测

检测反电动势过零点对于无传感器控制系统非常关键。确定过零点可以使用几种不同的技术。如前面所述，每个换向序列都有一个非励磁绕组，在每个绕组通过非励磁状态时检测反电动势过零点。图4a、4b和4c显示了可以用于检测反电动势过零点的不同方案。在图4a中，A相与电源正极（DC+）连接， C相与电源负极（或回路DC-）连接，B相开路。观察B相上的反电动势，可以看到反电动势朝正电压上升，然后朝负电压下降。将它与直流母线电压的一半进行比较时，可以获得虚拟过零点。通过使用运放比较器，可以确定过零点。

图4b显示了通过产生虚拟中性点来确定反电动势过零点的方法。虚拟中性点使用图中所示的梯形电阻网络产生，然后将非励磁绕组中的反电动势与该中性点进行比较。这使得在所有可测量速度下，可相对容易地确定过零点。

图4a和4b显示了B相的过零检测电路。对于A相和C相，当其相应绕组未励磁时，应使用类似电路进行反电动势过零检测。

 

图4a 反电动势过零检测：与直流母线电压/2比较 
 

图4b 反电动势过零检测：与中性点比较 
 

图4c 反电动势过零检测：使用片上ADC读取

反电动势过零检测的另一种方案是使用ADC，如图4c中所示。PIC18F2331单片机具有可用于此用途的高速ADC。通过使用分压器，可以将反电动势信号降到单片机可测量的电平。使用片上ADC对该信号进行采样，不断将采样值与对应于零点的数字值进行比较。当这两个值匹配时，就更新换向序列。该方法的优点是能够使测量更为灵活。当速度改变时，绕组电压可能会波动，导致反电动势的变化。这种情况下，单片机可以完全控制过零点的确定。此外，还可以采用数字滤波器来滤除反电动势信号中的高频开关噪声成分。

结论

BLDC电机与生俱来的优点使其可用来控制冰箱的压缩机和风扇，提高冰箱能效和降低噪声，同时支持无级变速。但是，BLDC电机需要通过驱动电路来进行电子换向。使用驱动电路可实现变速操作。此外，与根据制冷负载间歇性地起动和停止压缩机的传统方式相比，系统功耗更低。

使用Microchip的PIC18F2331系列单片机，可以实现几种以开环和闭环方式控制BLDC电机的方法，同时可以充分利用单片机中可用于电机控制的外设，减少所需的外部硬件。

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PIC18F2331上提供了通用I/O引脚，可用于LED、LCD、开关、继电器和小键盘。图2以流程图形式给出了固件概要。

 

图2 使用霍尔传感器换向进行BLDC电机控制的流程图

BLDC电机的无传感器控制

BLDC电机的无传感器控制根据定子绕组中产生的反电动势（Electro Motive Force，EMF）进行换向。这种方法不需要霍尔传感器。无传感器控制有两个明显优点：可靠性更高、成本更低。

元件较少的系统本身更为可靠。压缩机会产生热量，而温度上升会加速霍尔传感器工作失常或发生故障。在无传感器设计中，不仅不需要霍尔传感器，而且不需要霍尔传感器接线，这些都可以带来成本的节省（至少可以省去5条接线）。

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