一招让你学会传感器BLDC电机转子位置检测技巧

随着真空吸尘器、洗碗机和冰箱等电机驱动设备和电动工具对节能和系统成本的要求日益提高，传统内置位置传感器电机正逐渐被无位置传感器无刷直流电机(BLDC)所取代。之所以会呈现这一趋势，源于使用无传感器控制直流无刷电机时，能够实现更小的尺寸、更高的外形设计灵活性、更低的成本、以及更佳的耐热性。

但当无传感器直流无刷电机处于静止状态时，通常的控制方法是无法利用感应电压实现转子位置检测的。如果该瓶颈得以突破，那些需要平滑高速启动、大扭矩和在启动阶段要求节能的应用，诸如电动工具、机床、运输设备、机器人、风机、泵类等，就能够在启动阶段不需要拉动过程，实现平滑和快速启动，并同时获得大扭矩和较高的电流效率。

为此，瑞萨电子在RL78/G14微控制器基础之上，通过添加增强的电机控制功能，包括片上可编程增益放大器(PGA)/双通道高速比较器(CMP)/电机控制辅助定时器(Timer RX)、丰富的模拟功能和红外(IrDA)通信功能，推出了RL78/G1F微控制器。

RL78/G1F微控制器可以使用跟无传感器120度传导控制同样的输入输出电路，包括脉宽调制输出(PWM)电机控制输出电路、电流检测输入电路以及相电压输入电路来控制BLDC电机，从而无需再采用传感器或编码器。当电机开始启动时, 由于静止状态下加到一相的电流是可以被区分的，使得平滑和大扭矩的启动成为可能，同时不会发生意外的反转。这意味着，在电机速度为零时是可以检测到转子位置并反射到启动控制上的。此外，它们还可以在没有CPU干预的情况下执行高速过流检测和PWM强行输出切断，因此可以通过少量部件实现高度灵活的电机控制。

如何实现无传感器初始位置检测

利用两种组合检测处理步骤可以有效的检测转子初始位置(分辨率30°)

步骤1：利用比较器CMP1、定时器RX和相电压输入电路实现不超过180°的位置检测。优势在于输入电流小，处理时间短。

转子的位置变化会导致电机各相端子之间呈现出不同的电感。当电压施加在一个相端子上时，另一个相端子上的电压会有不同的上升状态，这被用来检测转子位置。因为在360度的电角度里两个周期的变化相同，所以这个方法可以在180度的电角度范围内识别位置。

具体做法是首先在U相上施加电源电压，并测量V相电压(VUV)达到门槛参考电压(VREF1)时经过的时间。再将VUV及VREF1相电压检测输入传送至比较器(CMP1)进行匹配检测，并利用Timer RX的计数器值决定当VUV与VREF1相符的时间。Timer RX开始计数，与Timer RD的PWM输出同步，并与CMP1同步捕获计数值。CMP1最多可使用四个切换外部输入进行匹配比较。由于上述操作使用其中三个输入，故可利用时间量测值达到可重复的结果。

在转子的永久磁铁磁场影响下，各相端子间电感L和定时器RX的计数值会根据转子位置以相同的趋势变化。通过端子之间的定时器RX计数值的大小关系，可以检测出转子位置，分辨率为30°。但是，考虑到这种关系会在360°范围内重复2个周期，因此转子所处的那一个180°范围会由极性判断处理确定。

深度探讨一下步骤1的原理，将有助于我们加深对该应用的理解。

当逆变器电路中所有MOSFET的状态为OFF时，使用定时器RD的脉冲输出，只打开其中一个高端MOSFET，结果电压被施加到电机的一个端子上。于是，虽然电机另一端的电压上升，但由于通向端子的电路主要来自MOSFET寄生电容，所以电压上升具有时间常数。也就是说，电容器是由流过电机线圈的电流充电的，并且电压根据状态而升高。用于测量其端电压的部分电压被输入到RL78/G1F的比较器CMP1的“ ”侧，由内部DAC产生的参考电压VREF1被设置在“-”侧以通过CMP1，从电压施加开始到该CMP1匹配的时间由定时器RX测量。

根据电机线圈的电感L开始流经该线圈的电流受到限制，并且输入到RL78/G1F的CMP1的电压上升受到影响。例如，当L大时，电压上升变慢，定时器RX测量值增加；当L较小时，电压迅速上升，定时器RX测量值减小。