无刷直流电机具有结构简略、效率高、功率因数高、转动惯量小，低噪音等长处。近年来，永磁无刷直流电动机的研讨和运用越来越遭到人们的注重，跟着国家对节能减排的注重。越来越多的空调厂商把无刷直流电动机运用在变频空调压缩机中。在传统的无刷直流电机驱动操控体系中，都需求转子方位和速度信息作为反应信号，而转子方位、速度的取得简直都是运用光电编码器、旋转变压器等精细的机械设备取得。在空调压缩机中，因为制冷剂的强腐蚀性，惯例的方位传感器很难正常作业，因而，研讨一种牢靠的，低本钱的无方位传感器的操控办法，成为无刷直流电机操控器研讨的热门之一。文中选用ST公司近年来推出的低本钱、高功能的STM8S208RB微处理器作为操控中心，选用片内AD直接采样非导通相的端电压作为检测计划，具有较高的性价比，完结了变频空调操控器的规划。
1 意法半导体STM8S208RB单片机简介
STM8S208RB是意法半导体一种高功能内核的单片机，具有增强的Harvard&CISC架构，作业速度高，处理能力强，具有丰厚的片内外设，便于运用和模块化规划，被广泛运用于无刷直流电机的操控。该单片机详细功能指标如下：1）内核：2.95~5.5 V的宽作业电压，-40~+125℃作业环境温度，具有3级流水线结构，在24 M晶振频率作业时，可达20 MIPS.2）程序存储器：最多128 K字节Flash;10 K次擦写后在55℃环境下数据可保存20年。数据存储器：多达2 K字节可擦写数据存储区eeprom,可达30万次擦写；RAM:多大6 K字节；3）定时器：2个16位通用定时器，1个16位高档操控定时器，带4个CAPCOM通道，3个互补输出，死区刺进和灵敏的同步功用。4）可达16个通道的10位A/D转化器，最小转化时刻为2.33μs.
2 无刷直流电机无方位传感器操控技能
2.1 空调压缩机及无刷直流电机的组成结构
在运用无刷直流电机的空调压缩机体系中，首要由压缩机、电机和操控器3个部件分组成。无刷直流电机的电机本体类似于永磁同步电机结构，其定子是电枢，转子是永磁体，稀土永磁资料的运用，大大减小了无刷直流电机的分量、简化了结构、进步了功能，比较一般直流电机，它去掉了由换向器和电刷组成的机械触摸结构，选用电子开关换向设备，使其牢靠性得以进步。当无刷直流电机定子绕组的某一相通以电流时，该电流发生的磁场与转子永久磁钢发生的磁场相互效果发生转矩，驱动转子旋转。驱动电路中的功率开关器材的导通次第发生的磁场是与转子转角同步的，然后起到了机械换向器的换向效果。
2.2 无刷直流电机的数学模型
无刷直流电机在抱负情况下具有平顶宽度120°的梯形波反电动势，电机经过电子开关输出方波电压或电流，并与电机反电动势坚持恰当的相位联系，然后发生有用电磁转矩，使电机作业。目前所运用的无刷直流电动机多选用三相星型绕组，作业在两两导通、三相六状况办法下，如图1所示。
图1 三相逆变桥电路
关于选用绕组Y型联合，三相六状况120°两两通电办法的永磁无刷直流电动机。假定无刷直流电机三相绕组对称，则三相电压方程可以表明为：
式中Ua,Ub,Uc电机三相绕组对地电压（端电压）；ia,ib,ic电机三相绕组电流；Ea,Eb,Ec,电机三相绕组反电动式；Ra,Rb,Rc电机三相绕组电阻；La,Lb,Lc电机三相绕组的自感；Un为中性点对地的电压；Mab为A相绕组和B相绕组的互感，其他同理。由假定可知，Ra=Rb=Rc=R;La=Lb=Lc=Ls;Mab=Mac=Mba=Mbc=Mca=Mcb=M;ia+ib+ic=0;假如令L=Ls-M,代入公式，整理得：
2.3 反电动势过零检测技能
永磁无刷直流电机的作业需求检测转子方位信号来完结换相，在空调压缩机体系中，一般运用无方位传感器技能。无方位传感器的办法有反电势法、磁阻法、磁通链改变法、电感法；上述各种转子方位信息检测办法均有各自的长处及缺陷，需求依据详细情况归纳其优缺陷提出合理的计划。针对空调压缩机对无刷直流电机对牢靠性、安稳性的要求较高、对准确性要求较低的特色，在本体系中运用检测反电势过零点办法进行转子方位信息检测。体系选用二二导通、三相六状况导通办法、调制办法为H-PWM-L-ON即上桥臂开关管斩波，而另一导通相下桥臂开关管常通。
设电机处于120°导通状况：在PWM”ON”状况，T1、T4导通，如图2所示；在PWM”OFF”状况，T6导通，T1关断，如图3所示。
图2 上桥臂PWM”ON”时过零点采样时刻
图3 上桥臂PWM”OFF”时过零点采样时刻
1）PWM注册时过零检测法
在PWM”ON”状况，T1、T4导通，如图2所示，三相端电压表达式如下：
依据以上公式，知道在PWM”ON”时只需检测到C相端电压等于Ud/2时，便是C相的过零点。
2）PWM关断时过零检测法
在PWM关断状况，T1关断，T4导通，此刻电流流过T2内部的体二极管如图3所示，由图可得
AB相端电压Ua=Ub=0 （8）
C相端电压Uc=Ec （9）
此刻中性点电压Un=0;C相反电动势为Ec=Uc;依据以上公式，知道在PWM”OFF”时检测到C相端电压为0时，便是C相的过零点。图4为PWM”OFF”和PWM”ON”情况下的端电压和过零点实测图。
图4 PWM”OFF”和PWM”ON”过零点实测图
2.4 快速退磁技能
为正确检测到反电动势过零信号，有必要在检测之前确保断电相电流赶快衰减，即断电相退磁。当操控无刷直流电机换相时，因为绕组线圈电感的效果，断电相绕组的电流不能立刻衰减到零，因为反并联二极管的续流效果，该相端电压被箝位至0 V或许高压，因而在退磁期间无法进行反电动势过零检测。所以有必要加快退磁进程，确保电机安稳性。断电相续流进程可以等效成该相电感与电压源并联并为之充电，因而假如在换相时刻给关断相施加反向电压，则能加快退磁进程，详细进程可参考文献。试验发现，选用加快退磁技能后大大缩短了退磁时刻，进步了反电动势过零信号检测的准确性，增强了体系作业的安稳性。选用加快退磁技能前后的无刷直流电机三相端电压和过零点试验波形如图5所示。
图5 加快退磁三相端电压和过零点试验波形
3 硬件规划
搭建了根据STM8S208RB的变频空调操控器的电路，首要包含电源电路、功率驱动电路、过流差分扩大电路、过零点检测电路等（限于篇幅省掉STM8S208RB最小体系图和电源部分）。
3.1 驱动电路
驱动电路如图6所示，IR2101是IR公司出产的一款高性价比驱动器，运用办法十分简略，性价比高，能输出100-210 mA电流。IR2101驱动器可驱动一组功率管，整个功率电路只需3片即可，这样不光节省制作本钱，并且还进步体系安稳性。
图6 驱动电路
3.2 过流反应与过流维护电路
电流反应与过流维护监测电路如图7所示。母线上的电流经过2毫欧，并经过1 mV358进行差分扩大，经过一阶滤波后输人给STM8S的片内AD采样输入端；并一起将此电流信号衔接到比较器Im2903,用于电机过流维护检测，当母线电流过大设定的过流维护阈值时，微处理器进入过流维护状况。
图7 电流反应与过流维护监测电路
3.3 过零点检测电路
过零点检测电路如下图所示，图8为U相过零点检测电路，其间PHASE_U衔接电机的U相，Z_MS_U为单片机的GPIO操控信号，ZDtet_U衔接STM8S的AD口，三极管Q31起到对AD口过压维护和射极跟从的效果，进步输入阻抗。R91和D20起到对三极管基极加快放电的效果，当PWM”ON”时，Z_MS_U为低电平，R92,R93和R89构成分压电路，当PWM”OFF”时，Z_MS_U为高阻抗，R89不起效果，电机反电动势信号直接经过Q31进入AD采样端。
图8 过零点检测电路
4 试验环境
一套完好的48 V空调压缩机体系测验渠道如图9所示；体系的供电电压为48 V,无刷直流电机的额外功率为600 W,额外转速3600转/分钟。功率器材选用IR公司的IRFB4310.VDSS=100 V,Rds（on）=5.6 mΩ，Id=140 A（Tc=25°），Id=97 A（Tc=100°）。
图9 试验测验渠道
表1 试验压缩机电机参数
5 定论
本体系经过选用H-PWM-L-ON调制办法，运用快速退磁技能完结了无刷直流电机的安稳作业和无失步换相的方针。并经过三段式起动办法，完结无刷直流电机静态时的起动，完结了反电势检测法在无方位传感器无刷直流电动机操控体系中的运用。试验结果表明，所运用的过零点检测办法在压缩机负载下可以很好地作业。
