馬達｜基礎篇

三相無刷馬達 三相全波無刷馬達的驅動：無感測器120度驅動

2025.02.07

重點

・在三相全波無刷馬達的無感測器驅動中，有一種使用線圈的感應電壓代替霍爾元件來檢測馬達位置的方法。

・在三相全波無刷馬達的無感測器驅動中，利用了三個線圈中點處的信號CT。

・透過捕獲該CT訊號和A1、A2、A3訊號並輸入驅動電路，並由比較器進行比較，來生成各輸出。

・這種三相全波無刷馬達的無感測器驅動方式與有感測器驅動基本相同，不同之處在於該方式使用感應電壓。

從本文開始，將介紹無感測器的三相全波無刷馬達的驅動。例如使用很基本的120度驅動方式。

三相全波無刷馬達的驅動：無感測器120度驅動

下圖為普通的無感測器三相全波無刷馬達120度驅動電路範例。

三相全波無刷馬達：無感測器120°驅動電路範例

在無感測器三相全波無刷馬達120度驅動中，有一種使用線圈的感應電壓代替霍爾元件來檢測馬達位置的方法。該方法利用了三個線圈中點處的訊號CT。透過捕獲該CT訊號和A1、A2、A3訊號並輸入驅動電路，並由比較器進行比較，來生成各輸出。其過程與有感測器驅動基本相同，不同之處在於該方式使用感應電壓。

感應電壓是穿過永磁體旋轉時未通電的線圈的磁通量發生變化時產生的電壓，在通電中的線圈中是無法檢測到的。在無感測器三相全波無刷馬達120度驅動中，3相中有2相通電，1相未通電。在該未通電相的引腳上出現感應電壓，透過使用中點的CT電壓檢測感應電壓的零點交叉來檢測出馬達的位置。

對於三相馬達來說，馬達旋轉一圈（360度）的過程中，一個相有2次未通電的關斷期間（120度通電 + 60度關斷兩次），三個相有6次關斷期間。也就是說，可以每60度檢測一次位置，並基於每相的零點交叉和零點交叉之間的60度訊號生成輸出訊號。

下面使用以下的無感測器三相全波無刷馬達120度驅動波形範例進行具體說明。

線圈1、2、3的電流波形顯示，120度通電驅動，即線圈電流在120度時流入，在60度時關斷，然後在120度時流出並在60度關斷，其輸出電壓波形為A1、A2和A3。

用於檢測馬達位置的感應電壓可以在各相60度關斷期間檢測到。

以線圈1為例，在紅色所示的“關斷期間”，在輸出A1中出現感應電壓，並被檢測出來。此時，線圈2和線圈3處於電流流動的狀態。當從線圈電流流入狀態進入關斷狀態時，在切換時產生尖峰雜訊（暫態電壓）後，感應電壓會降低。當從流出狀態轉變為關斷狀態時，尖峰雜訊出現後，感應電壓會上升。

將輸出產生的這種感應電壓訊號與線圈中點訊號CT（圖中未顯示）相結合的訊號為比較器輸出BE，在感應電壓的零點交叉，下降時從H轉變為L，上升時從L轉變為H。

無感測器三相全波無刷馬達120度驅動波形範例進行具體說明

根據比較器輸出BE1～3相加形成的“波形區間選擇合成”，BE1～3被合成為在60度轉變的訊號。由於該訊號中包含不是感應電壓的尖峰雜訊，因此根據合成使用遮罩訊號（H部分）遮罩了尖峰雜訊後的感應電壓60度訊號波形，並使相位延遲30度的波形，生成各合成波形和輸出閘極波形。

下圖是線圈電流關斷期間的輸出A1～3的波形放大圖。該例顯示了線圈3從電流流出狀態到關斷後的60度期間的波形情況。電路圖顯示了當時的電路狀態。

比較器輸出BE1～3相加形成的“波形區間選擇合成”

對於A2來說，由於高側MOSFET導通、低側MOSFET關斷，所以電流流出，電壓處於高電平狀態。對於A1來說，由於低側導通，所以流過來自A2的電流，電壓變為低電平狀態。而對於A3來說，由於是從電流流入狀態變為關斷狀態，如波形所示，在電壓瞬間跳變後，感應電壓以線性逐漸出現。此時的A3和CT之間的電壓與A3的電壓波形重疊，用虛線來表示。CT的電壓約為A2和A1電壓的一半。

透過取A3電壓與CT電壓的差值，如右側所示，可以檢測到感應電壓的零點交叉，前面給出的時序圖中的BE3從L轉變為H。

以上用一個簡單的例子解釋了無感測器120度驅動的原理。與有感測器120度驅動相比，機制大致相同，不同之處在於檢測的是感應電壓而不是感測器訊號。

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三相全波無刷馬達的驅動：無感測器120度驅動
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