图1：BLDC电机绕组和梯形波形

有许多不同方法使用反电动势确定转子位置，其中最常见和最可靠的一种是过零检测。当其中一个反电动势信号转换并过零点时，控制器需要切换相的模式。此过程称为换向（见图2）。为使转子保持向前转动，在发生过零和换向之间的时间内必须进行相移，电机控制器必须计算和补偿该相移。一种实现过零的简单方法是，假设每当任一相的反电动势达到VBUS/2时就会发生过零事件。


　　图2：反电动势过零
　　利用几个配置为比较器的运放，可轻松实现该方法。但是，该方法中存在几个问题。首先，反电动势通常小于VBUS，因此过零事件不一定发生在VBUS/2。此外，每相的特性可能不同，因此一个相的过零反电动势电压可能与其他相的过零反电动势电压不同。最后，这个过于简单的检测方法会导致检测的反电动势信号出现正负相移。
　　在实际电机中，过零阈值电压变化很大。幸运的是，这个变化的阈值电压等于电机中性点电压，因为电机中性点是全部三相反电动势的平均值。因此，只要任一相的反电动势等于电机的中性点，就会发生过零事件且控制器需要换向。这可以通过电阻和运放完成，或者使用控制器自身的ADC模块和软件实现。利用可编程控制器（如dsPIC® DSC），每相的反电动势都可以使用ADC模块采样，并且利用三个反电动势信号的平均值可轻松使用软件重建中性点。随后，软件可将该值与检测到的三相的反电动势进行比较，并检测过零事件何时发生。发生过零事件后，控制器使电机换向，然后整个过程重复执行。因此，通过使用电机的反电动势和检测过零，可从系统中除去传感器，同时保持相同的性能水平。
　　在实际系统中，无传感器运行方式还会遇到其他困难。首先，在低速运行时，反电动势非常小，很难检测到。因此，在电机开始快速旋转，快到产生足够大的反电动势以在无传感器模式下运行前，控制器必须猜测转子位置。可软件编程的控制器使系统启动方式可根据特定应用进行调整，从而减少此问题的影响。另一个问题是MOSFET的开关噪声。由于MOSFET通过开关操作来更改每相的电压，这会将噪声引入到由控制器ADC模块检测的反电动势中。需要过滤掉这种噪声，以精确重建每相的反电动势。DSC的处理器内建DSP引擎，可轻松处理实现数字滤波和消除开关噪声所需的计算。其他挑战来自特定设计的特性。但是，使用可软件编程的控制器通常会使这些挑战更容易解决，就像本文提及的两个问题的解决方案一样。
　　通过示例进行研究和实验使得学习新技术更为容易。专为无传感器BLDC控制定制的开发工具大大简化了学习过程并加快了产品开发。过去，利用开发工具学习需要付出昂贵的金钱和时间成本。市场上的新工具正在改变这一局面。例如Microchip的电机控制入门工具包，其成本低于100美元，而且包括详细的应用笔记、示例软件和硬件原理图（见图3）。电机控制器供应商（包括Microchip）通常会在其网站上提供免费的软件和硬件文件，使学习过程更轻松。


　　图3：低成本无传感器BLDC开发工具包
　　总之，无传感器BLDC控制允许从系统中除去传感器及相关接线。利用新的开发工具和电机控制器，学习如何将无传感器控制添加到系统中比以往更容易。电机控制器供应商的应用笔记详细介绍了无传感器算法的优缺点，并提供示例软件对理论进行补充。过去售价数百美元的开发工具现在不到100美元，而且实现无传感器电机控制算法所需的硅器件批量订购时的单价现在也仅约1美元。随着电子电机市场的持续增长，对BLDC电机系统的需求也将增长且成本压力将上升。无传感器技术正率先满足这些新需求。