摘要：

      综述了无刷直流电机用于航空领域的无位置传感器控制方法，详细介绍了先选的、低成本的无位置传感器无刷直流电机控制器的研发、测试结果及评估。电机控制采用检测反电动势的方法，而不是利用转子位置或速度传感器。为了提高电机的可靠性、容错性、功率密度及性能，采用asic（专用集成电路）进行控制。

关键词：无传感器无刷直流电机；反电动势；功率密度

  无刷直流电机结构简单、运行可靠及高功率密度的特点使之更适用于实际的飞行控制运动、液压及燃料泵和许多其它实用的场合。最为重要的是，现今以来，随着用电力电子设备替代液压传动及气压装置的发展，大量的研究及开发工作集中到电子飞行器方面的先进电机控制器的研究上。

    无刷直流电机驱动一般需要传感器来检测转子位置。位置传感器的使用会增加一定的成本并降低驱动系统的可靠性。理论上，以下四种方法可以检测无刷直流电机的控制：

    1．电机的反电动势

    2．定子的三次谐波分量

    3  续流二极管的导电间隔与开关电源装置反并联连接

    4．端电压和电流及解电机方程

    这个项目始于2001年，很多公司对这次研发予以支持并提供了赞助经费。采用无位置传感器无刷直流电机控剖方法，用于工业及航空样机应用中，基于fairchild公司asic（专用集成电路）芯片ml4425技术。此次项目研究的总结如下所述，特别详细说明了分马力无刷电机的空载和满载启动及稳态运行的过程。基于asic的无位置传感器无刷直流电机的控制器部分已经标准化，通过重新设计功率区域，可以用于更大功率的装置中。

     最近，fairchjld公司又引入了一个cotsasic芯片ml4425技术，从而为无刷直流电机提供了一个单芯片无位置传感器速度控制的新方法。这种asic（专用集成电路）的技术由一个反电动势作为位置传感器、单芯片vc0（压控振荡器）、一个逻辑序列发生器及一个锁相环组成，从而极大地简化了无刷直流电机的控制。asic还提供了一个芯片闸和电源故障检测器。对于低于80伏的直流总线电压而言，它们可以直接驱动外部p和n沟道的mosfet（金属氧化物半导体场效应晶体管）。具有恒定关断时间的pwm控制环由内置放大器控制，从而限制电机的故障电流。 ml4425的转子位置估算是根据电机相反电动势检测进行的。在一个无刷直流电机运行的过程中，三个相中只有两相在任意瞬时被励磁，详见图1。

      反电动势信号可以通过未激励相绕组获得，反电动势的相位角取决于转子位置。因此转子位置可以通过检测它与反电动势的过零点间接获得，这样，可以获得相位换向控制信号。反电动势检测器采用ml4425芯片。如图2所示，三相电压信号通过多路器与由中性模拟器产生的电势相比较来提供一个变换信号。

      多路器与信号变换器一起由换向逻辑单元控制，从而确保在相绕组激励周期中放大器产生相应的相电压。信号变换器、放大器、低通滤波器（不包括芯片上）、电压／频率压控振荡器及换向逻辑单元产生如图2所示的锁相环pll方框图。

     在正常工作中，低通滤波器中的放大器输出一个平稳的直流电压到vc0压控振荡器上，这样就产生了一个相应的转子位置的换向逻辑检测信号。如果转子速度由于某些原因而减小或增加，vc0的输入电压将会在测到的反电动势和换向控制信号中，由于相位角的移动变化而发生改变。vc0产生的换向控制信号频率将会得到相应的调整。因此，闭环位置的控制由pll锁相环路实现。ml4425 asic结构的部件原理圈如图3所示。可以根据无刷直流电机的系统参数选择外围电路。

     当电机在停止或低速运辖时，pll因无法感应反电动势信号将停止工作，所以电机必须在开环控制时启动。而且在电机起动时，转子必须在一个预定的位置。芯片初次通电源时，ml4425被重设成一个特殊的定位模式。定位模式开启了输出驱动器lb和ha、hc，它们是在第一次换向状态的中心将电机定位成30度电角度。详情见换向状态表1中的r状态。定位模式的时间由一个连接在cm管脚上的电容器设置。选取适当的c。值可以确保电机和其负载开始在r位置，如表l所示。