无刷直流电机转子位置检测的新方法

摘要：介绍了无刷直流电机无位置传感器转子位置检测的一种新方法。该方法利用非
导通相反电势逻辑电平经逻辑处理后得到一脉冲列，采用 PLL 锁相技术将脉冲列倍频，
通过倍频电路计数器的计数值可以精确检测转子位置。利用数字比较技术将计数值与锁存
器中的预置数值比较，可以精确控制绕组电流的最佳换向时刻。通过调节锁存器中的预置
值可以方便地调节换向角，非常适用于无刷直流电机的各种控制算法。同时该方法克服了

外同步起动过程中易产生的振荡和失步现象。通过实验证明该方法是正确的、有效的。

　引言

无刷直流电机运行时需要采用位置传感器检测转子磁场位置信号，以控制逆变器功率
管的换流，实现电机的自同步运行。传统的位置传感器是采用电子式或机电式传感器件直
接测量，如霍尔效应器件（HED）、光学编码器、旋转变压器等。然而，这些传感器有以下

缺点：

① 分辨率低或运行特性不好，有的对环境条件很敏感，如振动、潮湿和温度变化都会

使性能下降。
②

增加了电气连接数目，给抗干扰设计带来一定困难。

③

占用电机结构空间，限制了电机的小型化。

因此，无刷直流电机的无位置传感器化技术近年来日益受到人们的关注，国内外研究
人员在这方面进行了积极的研究，提出了诸多方法，主要可分为反电势法、电感法、磁链
法、旋转坐标系法、观测器法、卡尔曼滤波器法等。反电势法简单、可靠，得到了广泛应用，

其它方法由于计算复杂、对参数的鲁棒性差等原因应用较少。但反电势法的缺点是：

①

低速时反电势小，难以得到有效转子位置信号，系统低速性能差。

② 需用低通滤波器去掉端电压中高频噪声并移相 30°以满足换流要求，对滤波器要求

较高，同时滤波器容易产生移相误差，而且移相误差大小与速度有关，难以补偿。
③ 对换相角调节困难，无法控制换相角 γ

（超前或滞后）的大小。

④ 若采用外同步脉冲起动，当驱动信号由外同步脉冲驱动向内同步脉冲驱动切换时，

由于切换点的相位误差易产生振荡甚至失步。

针对以上问题，本文提出了一种新型转子位置检测的方法，以三相 6 拍运行的无刷直
流电机为例，该方法利用非导通相反电势的过零检测信号，经逻辑处理后，得到一周期
为 60°电角度的脉冲列，利用 PLL 锁相技术对该脉冲列进行倍频，通过同步计数器计数
值和锁存器预置数值的比较，可获得理想的换相点，从而精确控制换相时刻，且无时间
延迟。起动时，依靠对电机在最佳切换时刻，以最佳触发方式投入自同步运行，使起动过
程平稳可靠。利用数字比较技术，依靠锁存器中的不同赋值，可以灵活准确地实现换向角
超前或滞后的控制，对无刷直流电机的矢量控制、弱磁控制等控制策略的实现十分方便，

实验证明该方法是正确的，有效的。

　原　理