ADC-过零检测详解
ADC-过零检测详解
1、反电动势波形的起源
下图展示了内转子磁极的磁感应强度B的分布情况。定义磁感应强度方向向外为正
在0°的时候，处于正反方向交界处，磁感应强度为零；
然后开始线性增加，在A点时达到最大
然后一直保持恒定值不变，直到B点开始下降，到180°的时候下降到零。
然后开始负向增长，在C点处达到负值最大，然后保持恒定负值不变
直到D点强度开始减弱，到0°时又回到零。
注：A点到底在几度的位置，不同的电机不一样。如果A非常接近0°的位置，上升和下降直线就会非常陡峭，“梯形波”就变成了“方波”。
根据右手定则E=BLV公式，在匀速转动下，各绕组切割磁场中的磁感线产生的反电动势波形（和B的波形一致L和V都是定值）呈梯形波/方波（和磁感应强度波形类似）。
对于直流无刷电机的无感控制策略中，主要可以分为两类：（1）无感方波控制（2）无感FOC控制
先以无感方波的控制为例：
在无感方波的控制中，反电动势过零点检测的目的：得到换相信号
能够得到换相信号的原理：过零点的信号与换相信号在相位上相差30°电角度，即过零点后延迟30°即可进行换相的操作。
采集反电动势过零的信号的两种方式：（1）硬件比较器法；（2）软件ADC采样法。
采集方式的原理：都是将检测得到的端电压的值与电机中心点电压进行比较来得到反电动势过零点的信号。
2、反电动势过零的基本原理
在AB相通电时，第三相C相会产生一个反电动势（可利用这个第三相的感应电动势来测算转子的位置）；
在AB相通电期间，如果我们去测量线圈CC’上的电压，会发现CC’上的电压其间有一个从正到负的变化过程；
在AB相通电期间，不只是线圈CC’上产生感生电动势，其实AA’和BB’也在切割磁力线，也都会产生感生电动势，其电动势方向与外加的12V电源相反，所以叫“反向感生电动势”（BEMF）。其等效电路图见图1-25。
从图1-25可以看出，线圈绕组AA’和BB’上产生的反电动势是很大的，两个加起来几乎略小于12V。VAA’+VBB’≈12V。
因为线圈绕组本身的等效电阻很小（RAA’=RBB’≈0.1Ω），如果反电动势不大的话，端电压加载在线圈绕组等效电阻上，会产生巨大的电流，线圈非烧掉不可。
例：假设在额定转速下AA’和BB’各产生5.7V的反电动势，那么它们串联起来就产生11.4V的反电动势，结合图1-25看，那么加载在等效电阻上的电压就为12-11.4=0.6V，最终通过绕组AB的电流就是0.6/(2X0.1)=3A，看来这个假设还是比较合理的。
同理，由于各绕组的结构是相同的，切割磁力线的速度也是相同的，所以线圈CC’也应该会产生一个大小约为5.7V的感生电动势；不同的是：在AB相通电期间，CC’的感生电动势会整个换一个方向，也即所谓的“过零点”。
在图1-24的t0时刻（图1-26(a)的位置），为AB相通电刚开始时的情况，CC’产生的感生电动势的等效电路图如图1-26(a)所示；（CC’上无电流）
在图1-24的t1时刻（图1-26(b)的位置），为AB相通电快结束时的情况，CC’产生的感生电动势的等效电路图如图1-26(b)所示。（CC’感应电动势方向改变）
2-1 换相时机
由于中点电势值始终为6V，CC’的线圈产生的感生电动势只能在以中点6V电势为基准点的基础上叠加；
仍旧假设在额定转速下CC’上会产生5.7V的感生电动势
在t0时刻，如果我们去测量C点的电压，其值应为6+5.7=11.7V；
在t1时刻，C点的电压值应为6-5.7=0.3V
也就是说，在AB相通电期间，只要一直监测电机的C引线的电压，一旦发现它低于6V，就说明转子已转过30°到达了t0和t1中间的位置，只要再等30°就可以换相了。
2-2 ADC采集过零信号
如果电调的MCU足够快的话，可以采用连续AD采样的方式来测量C点电压，不过貌似有点浪费，因为大部分采到的AD值都是没用的，我们只关心它什么时候低于6V。
2-3 CMP采集过零信号
这时候模拟比较器的作用就来了。一旦C相输出电压低于6V，比较器马上可以感知并在输出端给出一个下降沿。同理，当电机处于AC相通电时，监测的是B相输出电压；当电机处于BC相通电时，监测的是A相输出电压。
继续往前，当电机开始进入BA相通电时，C相输出电压一开始会处于一个较低的状态（0.3V），过零事件发生时，C相输出电压会超过6V，也就是说，这时比较器会感知并输出一个上升沿。CA，CB相通电情况也类似。
这是15V的比较器，单片机自带的比较器一般只支持最高5V的比较。上面这个电路图只是为了方便说明问题，在真正的实用中，会对C相输出电压和6V中点电压再加个分压电路，而且中点电压也不总是等于6V
