没有隔离探头如何确定霍尔信号与反电动势的关系？

大家好，我是张飞实战电子的赵云老师，今天给大家分享没有隔离探头如何确定霍尔信号与反电动势的关系？

一、简介

在有霍尔传感器方波控制策略中，我们通常都必须要知道霍尔信号与绕组通电相序的关系，这样才能根据霍尔信号的状态变化，来给相应的绕组通电。而很多开发者都无法或者不好找到一个准确确定霍尔信号与绕组通电相序对应关系的方法。

那么，我们本篇文章，根据相反电动势与相电压波形同向的原理，通过测量及推导得出霍尔信号与相反电动势关系，从而得到霍尔信号与相电压的关系，最终准确确定出霍尔信号与绕组的通电相序。这样的方法，可以保证我们给出的霍尔状态与绕组通电相序在我们编写的程序第一次运行时，就能够成功让电机正常转动起来。

在《干货：实际测量三相直流无刷电机反电动势波形》这篇文章中，作为铺垫，我们讲了如何通过示波器测量电机的相反电动势及线反电动势的波形，但是这种方法，如果要再测量霍尔信号与反电动势的波形，就需要用到隔离探头了，而考虑到大多数人手中没有隔离探头，所以我们希望找到一种不用隔离探头的方法，也能准确的确定出霍尔信号与反电动势的关系。

接下来，我们就一起来看下不用隔离探头去测量霍尔信号与反电动势波形关系的方法该怎么实现？

二、不用隔离探头测量霍尔信号与线反电动势波形关系
1、准备工作

准备好待测电机、给待测电机霍尔传感器供电的开发板、示波器等，如下图一所示：

图一：测试霍尔信号与反电动势信号需准备的工具

本次测量，我们不再用其它拖动电机来拖动待测电机，而是使用手来转动待测电机轴然后利用示波器的触发功能来捕捉测量信号。

2、动手测量

在正式测量之前，先明确测量步骤，这样可以指导我们顺利的完成测量工作。具体测试步骤如下：

第一步：示波器通道一连接三相电机相线A与GND(g)的信号，通道二连接三相电机相线B与GND(g)的信号，通道三测量霍尔信号A与GND(g)的信号。顺时针转动电机测量相关波形，这一步测量完成后，得到Eag，Ebg，HALLA三个波形。然后，利用示波器的Math功能，让示波器的通道一减去通道二(Eag - Ebg = Eab)，就可以得到线反电动势Eab的波形，此时可以找出Eab跟HALLA的关系。若HALLA的上升沿跟下降沿不能对应上Eab的过零点，则通道三更换HALLB，若HALLB的上升沿跟下降沿还是不能对应上Eab的过零点，则通道三更换HALLC。最终，我们可以得出Eab与其中一个霍尔信号的对应关系。第一步测试结束。该步测试波形如下几幅图所示：

图二：测试得到的Eab与HALLA的波形关系

图二中，HALLA信号的沿跳变处没有跟Eab的过零点对应，所以通道三需要更换为HALLB，更换后，测试波形如下图三所示：

图三：测试得到的Eab与HALLB的波形关系

从图三来看，HALLB的沿跳变已经跟Eab的过零点对应上了，所以第一步测试，可以得出Eab跟HALLB的波形关系。

第二步测试：示波器通道一连接三相电机相线A与GND(g)的信号，通道二连接三相电机相线C与GND(g)的信号，通道三测量霍尔信号A与GND(g)的信号。顺时针转动电机测量相关波形，这一步测量完成后，得到Eag，Ecg，HALLA三个波形。

与第一步一致，用示波器的Math功能，得出通道一减去通道二的波形，即可确定Eac与HALLA的波形关系。测试如下几幅图所示：

图四：测试得到的Eac与HALLA的波形关系

如上图四，我们可以看出，Eac的过零点能够对应上HALLA的沿跳变，但是Eac的上升过零点对应的是HALLA的下降沿，Eac的下降过零点对应的是HALLA的上升沿，为了便于分析，我们把两者统一，也即是让上升过零点对应HALLA的上升沿，下降过零点对应HALLA的下降沿。因此我们把Math减法通道更换一下，让通道二减去通道一，得出Eca与HALLA的波形关系，如下图五所示：

图五：测试得到的Eca与HALLA的波形关系

至此，通过第二步测量，得到了Eca与HALLA的波形关系。

第三步测试：示波器通道一连接三相电机相线B与GND(g)的信号，通道二连接三相电机相线C与GND(g)的信号，通道三测量霍尔信号C与GND(g)的信号。顺时针转动电机测量相关波形，这一步测量完成后，得到Ebg，Ecg，HALLC三个波形。

与第一步一致，用示波器的Math功能，得出通道一减去通道二的波形，即可确定Ebc与HALLC的波形关系。测试如下图六所示：

图六：测试得到的Ebc与HALLC的波形关系

通过第三步测试，可以确定出Ebc与HALLC的波形关系。

到目前为止，根据三个步骤的测量，成功得出了Eab,Eca,Ebc与HALLB,HALLA,HALLC的波形关系。也就是我们成功利用不用隔离探头确定出了霍尔信号与线反电动势的关系。下一步，需要根据矢量合成图确定线反电动势与相反电动势的关系，从而得出霍尔信号与相反电动势的关系。

三、根据矢量合成图确定线反电动势与相反电动势的关系

前面写过一篇文章《电机控制中矢量图的作用》，在这篇文章中我们画出了下图七所示的基于顺时针建立的三相坐标系中线反电动势与相反电动势的关系。

图七：全坐标系内反电动势矢量及其矢量合成示意图

从图中我们知道，如果电机是顺时针转动，则Eab是超前Ea 30度电角度的，Eca是超前Ec 30度电角度的，Ebc是超前Eb 30度电角度的。根据这个线反电动势与相反转动势的相位关系，可以画出相反电动势与霍尔信号的波形。为了方便分析，下图八绘制出来三路霍尔信号与三路线反电动势的波形关系：

图八：霍尔信号与线反电动势的关系

然后根据从矢量图中得到的相反电动势与线反电动势的相位关系，绘制出如下图九所示的线反电动势跟相反电动势的波形。

图九：线反电动势跟相反电动势波形关系

四、霍尔信号与相反电动势的关系及换相顺序表

最后，把霍尔信号跟相反电动势画在一张图上，可以得出三路霍尔信号与三路三反电动势的波形关系，如下图十所示：

图十：霍尔信号跟相反电动势波形关系

最终，通过相反电动势与相电压波形同向的原理，则就能确定出霍尔信号与绕组通电的准确相序，它们的关系通过下表一列出：

表一：霍尔状态与三相绕组通电相序

五、总结
通过以上方法，配合示波器，我们成功的在没有隔离探头的参与下，确定出了霍尔信号与三相反电动势的波形关系，并确定出三路霍尔信号与绕组的通电顺序表，后面，我们在编写程序的时候，直接按照这个表的通电顺序，当对应的霍尔信号出现时，就给表中对应的通电相序，即可成功将电机转动起来。

后续，会编写程序，利用这个表的关系，去驱动电机，并给提供相关演示。更多电机驱动相关的内容，欢迎大家继续关注张飞实战电子！

直流无刷电机启动问题

大家好，我是张飞实战电子的赵云老师，今天给大家分享直流无刷电机启动问题。

直流无刷电机的启动需要知道当前转子所在位置，有传感器时可通过传感器获得转子位置信息。但在无位置传感器情况下如果不能精确地估算出转子的初始位置，将会引起电机抖动甚至失步，从而无法启动。使用最广泛的转子预定位方法，是给定一个确定的定子磁场方向，让转子旋转到转子磁场与定子磁场方向重合的位置。这就相当于已知转子位置，从而可以正确启动。如下图一所示：

图一：直流无刷电机转子预定位示意图

电机启动前，存在让转子自然静止的阻力。定子合成磁场与转子磁场的夹角决定了转子定位转矩的大小。定位转矩必须克服阻力转动至预定角度以便正确启动。但是转子的初始位置是随机不确定的，这就表示转子收到的定位转矩也是不确定的。当定位转矩小于使转子克服阻力进行预定位时，将会导致启动失败。而这些无法预定位的角度被称之为预定位盲区如图一(b)所示阴影区域。当转子静止时，其对应的盲区可以根据下列公式计算出来：

当定子合成磁场与转子磁场在盲区附近呈不能转动的夹角时，即便转子不能准确预定位到指定角度，在启动过程中也可通过直流无刷电机转矩—功角自平衡的特性把转子拉入到同步。但当定子合成磁场与转子磁场互为相反，也即是夹角在 180度电角度附近时，这种情况便会发生失步。为解决上述问题，可采用二次定位以确保转子能够正确到达预定角度。具体操作是，在原先施加的定子磁场后再施加一个与之垂直的定子磁场，如此便能保证两次驱动转子转动的过程中避开所有的启动盲区，而使得转子能可靠的完成预定位。

图二：二次定位示意图

这种二次定位的方法虽然实现了直流无刷电机的无位置传感器控制启动，但存在不能适用的工况。例如对于要求带载启动时，该方法便会有启动失步的问题。亦或者要求不能有转动直接启动的工况，该方法亦无法实现。

而高频注入法在初始位置检测时仅仅将高频信号注入到 d 轴，并不会产生转矩使电机旋转。能很好的满足不允许启动转动的场合。关于高频注入算法的一些思想，我们会在后面的文章中提及，欢迎大家继续关注，这篇文章就先分享这么多，谢谢大家。

端电压、相电压、线电压别还傻傻分不清楚

大家好，我是张飞实战电子的赵云老师，今天给大家讲解端电压、相电压、线电压的区别。

一、前言

在教学过程中，发现有一些学员对端电压、相电压、线电压的概念比较模糊，所以这篇文章打算详细的介绍一下这三个概念，并用实际波形来给大家展示不同控制方式下的端电压、相电压、线电压的波形实际都是什么样的，以达到让大家对这几个概念不再模糊的目的。

下图一给出三相逆变桥跟三相永磁同步电机(解释方波控制波形时也等效为直流无刷电机)连接示意图，后面给出的概念，均参照该图中的标号定义。

图一：三相逆变桥与三相永磁同步电机连接示意图

二、端电压、相电压、线电压概念介绍

网络上，有很多资料对端电压跟相电压的概念描述很是模糊，甚至把端电压跟相电压的概念有时候都混为一谈，下面先给出三个电压的概念介绍，并以图片的形式表示出来，帮助大家加深印象。

端电压：在三相逆变桥与三相永磁同步电机连接示意图中，三相线(U,V,W)相对于参考点o所测量得到的电压称为端电压。

下图二中，Uao，Ubo，Uco就表示三相端电压。

图一：三相逆变桥与三相永磁同步电机连接示意图

二、端电压、相电压、线电压概念介绍

网络上，有很多资料对端电压跟相电压的概念描述很是模糊，甚至把端电压跟相电压的概念有时候都混为一谈，下面先给出三个电压的概念介绍，并以图片的形式表示出来，帮助大家加深印象。

端电压：在三相逆变桥与三相永磁同步电机连接示意图中，三相线(U,V,W)相对于参考点o所测量得到的电压称为端电压。

下图二中，Uao，Ubo，Uco就表示三相端电压。

图三：三相相电压测量示意图

但一般电机的星型连接点N都不会引出来，所以一般来说是无法直接测量得到相电压。如果想看相电压波形，可用远远大于电机相电阻的电阻模拟出星型连接点，测量三相线U，V，W相对于模拟星型连接点N1的电压，也可等效反映相电压。所以下图四为虚拟星型点测量等效相电压的示意图。

下图四中，UaN1，UbN1，UcN1就表示三相等效相电压。

图四：三相等效相电压测量示意图

线电压：在三相逆变桥与三相永磁同步电机连接示意图中，三相线(U,V,W)取任意两根相线所测量得到的电压称为线电压。

下图五中，Uab，Ubc，Uca就表示其中三路线电压。

图五：三相等效线电压测量示意图

二、不同控制方式下测量的端电压、线电压、相电压波形

1. 方波控制时，测量的端电压波形、线电压波形、相电压波形

图六：方波控制端电压及线电压波形测量图

从波形上看，滤波前，因为开关管是PWM控制的，所以端电压波形、相电压跟线电压波形中含有开关斩波，滤波后，可以看到端电压是梯形波，而滤波后的线电压也是梯形波。

因为测量电路没有加滤波电路，所以这里仅展示滤波前相电压波形。

2. SPWM控制时，测量的端电压波形、线电压波形

图七：SPWM控制端电压波形测量图

图八：SPWM控制线电压波形测量图

SPWM控制中，从测量波形上看，端电压及线电压也含有开关斩波，通过展开波形观察，端电压波形中是脉冲宽度逐渐变化的脉冲波，而滤波后的端电压跟线电压均是正弦波，又因为相电压跟线电压只是有幅值上的差异，所以也可以得出SPWM控制的相电压也是正弦波。

因此，SPWM控制中，端电压、相电压、线电压均是正弦波，但是观察到这些波形需要对原始测量波形进行低通滤波。

3. SVPWM控制时，测量的端电压波形、线电压波形

图九：svpwm控制端电压及线电压波形测量图

SVPWM控制中，从测量波形上看，端电压及线电压也含有开关斩波，而滤波后的端电压是马鞍波，线电压是正弦波，又因为相电压跟线电压只是有幅值上的差异，所以也可以得出SVPWM控制的相电压也是正弦波。

因此，SVPWM控制中，端电压是马鞍波、相电压、线电压均是正弦波，但是观察到这些波形需要对原始测量波形进行低通滤波。

当然，这些波形的关系，也可以通过相关的数学推导得出，有志者可以自行推导，也可以关注张飞实战电子FOC电机驱动线上班，课程中会有详细讲解。

三、总结

本篇文章，通过对端电压、相电压、线电压三个概念的介绍，力求让大家对这三个概念别再混淆不清。而且也有很多工程师对不同控制方式下的端电压、相电压、线电压波形不是很清楚，本文也通过实际的波形测试，为大家展示了三者各自对应的波形示意图。

希望各位读者阅读完这篇文章后，以后再碰到类似问题，能够轻松的说出这些波形的测试方式以及对应的波形形状。

本篇文章，就给大家分享这么多内容，关于更多电机驱动原创相关的知识分享，欢迎大家持续关注张飞实战电子！