0 引 言
BLDC电机与传统有刷电机比较，具有更高的能效、更长的使用寿命、更紧凑的外形、更低的噪音和更高的牢靠性，这些长处使得BLDC愈来愈多地出现在轿车使用中，用来替代传送带和液压体系，供给额定功用和进步燃油经济性，一起消除维护本钱。因为电励磁有必要与转子方位同步，因而BLDC 电机在运转时，一般需求一个或多个转子方位传感器。因为本钱、牢靠性、机械包装的原因，特别是当转子在液体中运转时，电机适宜在无方位传感器的条件下运转，即一般所说的无传感器运转。
关于轿车用BLDC操控体系来说，希望能做到PCB尺度小，BOM本钱低以及简略牢靠，低功耗等特色，针对这系列的需求，飞思卡尔半导体推出针对轿车三相无刷电机的单芯片解决计划S12ZVM宗族。S12ZVM是现在市场上集成度最高的无刷直流（BLDC）电机操控解决计划，有助于加速从直流（DC）到BLDC电机的过渡。
1 S12ZVM特色
飞思卡尔S12ZVM系列是具有突破性的技能，它将MCU、MOSFET栅极驱动单元、电压调节器和本地互联网络 （LIN） 物理层这四个体系元素结合到一个单芯片解决计划中，如图1。一般完成这四个功用需求两至四个芯片。与其它分立式解决计划比较，飞思卡尔通过片上集成将印刷电路板所占物理空间减少了50%。一起轿车制造商不断寻求可减轻轿车分量和下降功耗的办法，因为这有助于提高燃油经济性。电子体系供货商和电机制造商也正在投合这一趋势，但是在面临定制的解决计划时，他们取得的解决计划往往不是最优的，或不具有可扩展性。S12ZVM系列供给许多不同的产品版别，支撑CAN和LIN通信协议，具有多种存储器容量和封装选项。 这将答应客户可重复使用硬件和软件规划，为空调风机、雨刮器、燃油泵和水泵等使用开发真实的渠道解决计划。
图1 S12ZVM集成计划
2 无传感BLDC操控体系规划
如图2所示，三相BLDC电机操控可选用三相六拍的操控办法，每隔60个电视点进行换向操控，一起对三相桥PWM操控可选用单极性操控战略，上桥选用PWM操控，下桥可直接导通与地相连，其长处在于操控简略，较低的MOS管开关损耗及较低的EMC噪音。
图2 三相六拍单极性操控战略
图3为选用S12ZVM的无传感BLDC操控体系规划框图，除了三相桥与采样电阻之外，整个操控都能够由S12ZVM内部来完成。当选用三相六拍操控战略时，只需求一个采样电阻来检测电流的巨细，S12ZVM内部有运放能够对电流信号进行扩大并通过AD模块进行采样，一起还能够将扩大的电流信号通过比较器与给定的电压进行比较做过流维护。图中蓝色部分为S12ZVM的硬件模块，而绿色部分则由软件来完成功用。AD模块采样相电压，DCBUS电压和作业电流，通过过零点检测算法来确认换向操控并核算BLDC实践速度，速度环的PI操控器对实践速度和设定速度差值进行核算，然后决议PWM的占空比来操控BLDC电机滚动力矩，确保实践速度依照设定的速度运转。
图3 S12ZVM BLDC无传感操控框图
因为无法切当知道BLDC无传感电机的初始方位，其发动进程要比带Hall传感器BLDC电机的发动进程杂乱。如图4所示，其发动进程包含Alignment阶段，Open Loop StarTIng阶段及终究的Run阶段。在Alignment阶段，操控器一起施加相同占空比的PWM给A相与B相，C相则与地相连，这样就将BLDC电机稳定在一个已知的方位。占空比的巨细与继续的时刻取决于BLDC电机特性和负载巨细，一般继续时刻在100ms到500ms之间。当Alignment进程完毕后，就进入Open Loop StarTIng阶段，因为反电动势与转子转速成正比，在极慢的转速下反电动势的幅值很低，很难检测到过零点。因而，当电机从停止状况发动时有必要选用开环操控，待有足以检测到过零点的反电动势时，才转而选用反电动势检测操控并进入Run阶段。当进入到Run阶段后，BLDC就选用速度闭环操控，过零点由反向电动势检测所得。
图4 BLDC无传感操控发动流程
