ADC采样积分方式的BLDC方波无感控制的原理
本文主要参考了tida-010031参考设计，分析下adc采样积分方波无感控制的原理，方便大家更好地完成类似的方案设计。
1.下面是典型的三相bldc电机控制框图.
三个半桥驱动bldc无刷电机，检测低边总线电流
2.典型的bldc电机相电流和反电动势波形图分析
从波形上看，每60度电角度，只有两个半桥有驱动电压输出，另外一个半桥上下管全关，这个相电压是悬浮态。
bldc电机运行后，相线都有反电动势。
电机反电动势来源于电机转子旋转引起磁通的变化，而磁通的变化在定子绕组上会产生感应电压。
对同一个电机来说，反电动势峰值跟电机转速几乎是固定的比例。
3.反电动势过零点到峰值的反电动势电压和时间的积分
根据上面对反电动势峰值跟转速(电频率)几乎成固定比例的描述，设定
。vm为反电动势峰值, 对于同一个电机，我们可以认为kv几乎不变。
以上图左边的蓝色区域为例，该区域(反电动势过零点时刻到下一次换相点时刻之间的区域)的电角度是30度，也就是电角度（360度）的1/12。
设当前电机电频率为f, 单位为hz。
反电动势的峰值电压为
,单位为伏特。
设反电动势从center tap value到最大值的时间为t1, 而
。
那么蓝色积分区域的积分值就等于蓝色三角形的面积：
可以看到，积分结果是kv值的
，因此积分结果也是几乎不变的。
所以我们可以根据积分的值跟固定阈值
作比较来判断换相点。
4.adc如何采样反电动势
方波无感bldc的adc采样积分控制，电路设计有三相相电压adc采样电路，每60度电角度区间电机的两相由于半桥有输入电压同时有电感电流，在不增加额外电路的情况下很难获得反电动势电压，而悬浮相由于没有半桥电压输入和电感电流，所以可以从检测该相端电压推导出该相实际的反电动势电压。
所以如果对这个电机控制方法感兴趣的，可以在ti官网上查看该参考设计的软硬件开发资料。
设计上采用下管常开，上管打pwm的策略驱动电机。考虑到电机驱动的pwm duty的大小是变化的，可以根据半桥上管on的时间长短来决定采样策略，因为如果上管导通时间太短，为了避开mosfet开通关断的影响，留给采样的时间就变得很少，不利于采样的准确性.
在上管on的时间比较长时，在上管on时远离mosfet开关时刻检测悬浮相的反电动势电压(一般在on时间的正中间进行采样)。
此时的驱动逻辑是a相上管导通，b相下管导通, 所以有
。
ea, eb, ec为电机三相反电动势电压，va, vb, vc为三相半桥中点电压，也就是电机三相输入电压。
la, lb, lc为电机三相相电感，ia, ib,ic为电机三相输入电流，ra, rb, rc为电机三相输入电阻(考虑三相电阻相等), vn为电机三相中点电压。
可以得到当ec=0，也就是反电动势过零时，
也就是说当adc检测到
时，就意味着这个时刻是c相的反电动势过零点， 那么理论上再经过1/12 的电周期时间，电机就需要进行换向.
上管on的时间比较短时，在上管off时检测悬浮相的反电动势电压(一般在off时间的正中间进行采样)
此时的驱动逻辑是a相上管关闭，b相下管仍导通,此时a相下管mosfet体二极管续流，所以有
。
得到当ec=0，也就是反电动势过零时,vc=0， 也就是说当adc检测到vc=0时，就意味着这个时刻是c相的反电动势过零点， 那么理论上再经过1/12的电周期时间，电机就需要进行换向.
从上面的分析，我们可以看到，使用adc采样积分方式进行无感bldc控制，设计上需要注意以下两点
积分阈值跟电机的反电动势峰值和转速比值相关，可能会随着电机不同而不同，需要针对电机进行调整。
上管做pwm驱动的设计下， 可以采用不同的adc采样策略来针对大duty和小duty的情况，同时反电动势过零点的判断也需要调整
电机高速情况下，电频率相对比较高，而adc积分采样基于pwm开关周期采样的，所以要获得比较准确的换相点，需要比较高的开关频率，如果开关频率比较低，意味着采样速率慢，可能会造成换相延迟比较大，从而影响电机的正常控制。
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bldc电机运行后，相线都有反电动势。
电机反电动势来源于电机转子旋转引起磁通的变化，而磁通的变化在定子绕组上会产生感应电压。
对同一个电机来说，反电动势峰值跟电机转速几乎是固定的比例。
3.反电动势过零点到峰值的反电动势电压和时间的积分
根据上面对反电动势峰值跟转速(电频率)几乎成固定比例的描述，设定
。vm为反电动势峰值, 对于同一个电机，我们可以认为kv几乎不变。
以上图左边的蓝色区域为例，该区域(反电动势过零点时刻到下一次换相点时刻之间的区域)的电角度是30度，也就是电角度（360度）的1/12。
设当前电机电频率为f, 单位为hz。
反电动势的峰值电压为
,单位为伏特。
设反电动势从center tap value到最大值的时间为t1, 而
。
那么蓝色积分区域的积分值就等于蓝色三角形的面积：
可以看到，积分结果是kv值的
，因此积分结果也是几乎不变的。
所以我们可以根据积分的值跟固定阈值
作比较来判断换相点。
4.adc如何采样反电动势
方波无感bldc的adc采样积分控制，电路设计有三相相电压adc采样电路，每60度电角度区间电机的两相由于半桥有输入电压同时有电感电流，在不增加额外电路的情况下很难获得反电动势电压，而悬浮相由于没有半桥电压输入和电感电流，所以可以从检测该相端电压推导出该相实际的反电动势电压。
所以如果对这个电机控制方法感兴趣的，可以在ti官网上查看该参考设计的软硬件开发资料。
设计上采用下管常开，上管打pwm的策略驱动电机。考虑到电机驱动的pwm duty的大小是变化的，可以根据半桥上管on的时间长短来决定采样策略，因为如果上管导通时间太短，为了避开mosfet开通关断的影响，留给采样的时间就变得很少，不利于采样的准确性.
在上管on的时间比较长时，在上管on时远离mosfet开关时刻检测悬浮相的反电动势电压(一般在on时间的正中间进行采样)。
此时的驱动逻辑是a相上管导通，b相下管导通, 所以有
。
ea, eb, ec为电机三相反电动势电压，va, vb, vc为三相半桥中点电压，也就是电机三相输入电压。
la, lb, lc为电机三相相电感，ia, ib,ic为电机三相输入电流，ra, rb, rc为电机三相输入电阻(考虑三相电阻相等), vn为电机三相中点电压。
可以得到当ec=0，也就是反电动势过零时，
也就是说当adc检测到
时，就意味着这个时刻是c相的反电动势过零点， 那么理论上再经过1/12 的电周期时间，电机就需要进行换向.
上管on的时间比较短时，在上管off时检测悬浮相的反电动势电压(一般在off时间的正中间进行采样)
此时的驱动逻辑是a相上管关闭，b相下管仍导通,此时a相下管mosfet体二极管续流，所以有
。
得到当ec=0，也就是反电动势过零时,vc=0， 也就是说当adc检测到vc=0时，就意味着这个时刻是c相的反电动势过零点， 那么理论上再经过1/12的电周期时间，电机就需要进行换向.
从上面的分析，我们可以看到，使用adc采样积分方式进行无感bldc控制，设计上需要注意以下两点
积分阈值跟电机的反电动势峰值和转速比值相关，可能会随着电机不同而不同，需要针对电机进行调整。
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电机高速情况下，电频率相对比较高，而adc积分采样基于pwm开关周期采样的，所以要获得比较准确的换相点，需要比较高的开关频率，如果开关频率比较低，意味着采样速率慢，可能会造成换相延迟比较大，从而影响电机的正常控制。
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