在電機控制領域，獲取轉(zhuǎn)子位置并計算下一步導通的橋臂，是實現(xiàn)電機穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的關鍵。為了達成這一目標，通常會采用有感和無感兩種檢測方式。下面我們將深入探討這兩種檢測方式的原理、特點及應用方案。

有感檢測：基于霍爾傳感器

有感檢測主要基于霍爾傳感器，在無刷電機中，一般會使用 3 個開關型霍爾傳感器來檢測轉(zhuǎn)子位置。這些傳感器會以相隔 120° 的方式進行安裝，如圖所示。

當轉(zhuǎn)子的 N 極靠近霍爾傳感器時，傳感器輸出高電平；當 N 極遠離時，輸出低電平。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一圈，會產(chǎn)生特定的波形。

然而，使用有感的霍爾傳感器也存在一些弊端。一方面，會增加無刷電機的生產(chǎn)制造成本，同時還會增加接線安裝費用；另一方面，一旦傳感器發(fā)生故障，電機將無法正常工作。

無感檢測

無感控制策略有多種，包括反電動勢法、電感法、續(xù)流二極管法等，其中反電動勢法應用為廣泛和成熟。根據(jù)楞次定律，反電動勢的極性與繞組上主電壓的極性相反，其計算公式如下：

無刷電機制作完成后，轉(zhuǎn)子磁場和繞組匝數(shù)等參數(shù)固定，反電動勢取決于角速度，即轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。每次換向時，有一個繞組為正，一個為負，第三個保持開路。通過檢測各相繞組的反電動勢過零點，能在一個電周期內(nèi)獲得轉(zhuǎn)子的 6 個位置。三相無刷電機旋轉(zhuǎn)一個周期時，各相的電流與反電動勢波形如下：

需要注意的是，每一相的反電動勢均存在由正到負以及由負到正的情況，所以三相無刷電機共有 6 種過零狀態(tài)。

在實際開發(fā)中，基于反電動勢 BEMF 的過零點檢測主要有 ADC 采樣、比較器檢測、相電流采集三種方案。其中相電流采集屬于無感 FOC 控制方案，而前兩種屬于無感方波控制方案。

當無刷電機轉(zhuǎn)速極慢時，反電動勢幅度值很低，很難檢測到過零點。

基于 ADC 采樣的無感檢測

無刷電機轉(zhuǎn)動時，反電動勢過零點會出現(xiàn)浮空相。此時，通過檢測各相的對地電壓，并與直流母線電壓對比。當端電壓等于直流母線電壓的一半時，就認為發(fā)生了過零點事件。也就是說，基于 ADC 的過零點檢測方案是通過同時測量端電壓與直流母線電壓，對比判斷是否處于過零點。

下面是一個 ADC 過零點檢測電路的硬件原理圖，通常為簡化計算流程，端電壓與直流母線電壓會采用相同的分壓系數(shù)。例如在 12V 無刷電機控制方案中，可采用 1:21 的分壓方案，使直流母線電壓與端電壓處于電機控制芯片 ADC 能夠采集的范圍。

基于比較器的無感檢測

無刷電機轉(zhuǎn)動時，反電動勢過零點會出現(xiàn)浮空相。此時，檢測各相的對地電壓并與中性點電壓比較。當端電壓從大于中性點電壓變?yōu)樾∮谥行渣c電壓，或者從小于變?yōu)榇笥跁r，可視為過零點。但通常無刷電機不會引出中性點，無法直接測量其電壓。

在基于比較器的過零點檢測方案中，可以將三相繞組通過相同阻值的電阻器連接到公共點，構建一個中性點，再將該中性點電壓與端電壓通過比較器進行比較，從而獲得過零點的信號。