【三霍尔BLDC】如何根据霍尔信号与反电动势波形关系准确推导出绕组通电顺序？

有很多电机驱动行业的同行们在拿到一个三相直流无刷电机时，想用方波控制的方式来控制这个电机，但是往往不知道怎么根据霍尔信号来确定定子三相绕组的通电相序，今天我们一起来讨论一下如何准确的确定出绕组通电顺序，保证第一次上电就让电机正常转起来。

上图是通过实际测试得出的三相直流无刷电机的霍尔信号跟线反电动势（相线跟相线之间的反电动势）的波形，对于方波控制来说，采用的是六步换相方式，也即是每60度电角度更换一次绕组的通电相序，对于带有传感器的三相电机来说，霍尔传感器是比较常用的位置传感器，因此使用三个霍尔传感器就可以检测电机的位置，那么根据转子磁极的变化，霍尔信号会发生电平翻转，因此就可以得出上图所示的HALLA，HALLB，HALLC对应的波形，我们只需要三个霍尔信号的其中一个发生电平翻转，就可以切换绕组的通电相序。

从图中可以知道，霍尔信号每隔60度电角度会发生一次跳变，经过6次换相就是我们经常使用的六步换相控制方式。

那么我们今天讨论的就是如何确定每个霍尔沿跳变后，三相绕组如何通电？要弄清楚这个问题，大家需要弄清楚以下几个问题：

问题1.拿到一个新电机，如何测量出霍尔信号跟线反电动势的关系？
答：准备一个四通道的示波器，三个通道用于测量霍尔信号，另一个通道分别测量AC，AB，BC跟霍尔之间的波形。（测量波形时需要将电机通过其它方式拖动旋转（其它电机带动、手动拧电机、通电后断电利用电机停转前测量波形））这样，大家就可以画出上图所示的波形了，得到霍尔信号跟线反电动势的关系。

问题2.相反电动势跟线反电动势的关系？
答：通过矢量合成的原理，例如Eac = Ea - Ec = Ea + (-Ec)，绘制出矢量合成图，就可以知道线反电动势和相反电动势的关系，矢量合成图如下图所示：

从上图中可以知道，Ea超前Eac 30度电角度，-Eb超前Eab 30度电角度，-Ec超前Ebc 30度电角度。这样就可以知道相反电动势和线反电动势的关系，也就可以知道相反电动势和霍尔信号的关系。同样可以绘制出相反电动势跟霍尔信号的关系波形，如下图所示：

问题3.相反电动势跟相电压的关系是什么

答：通过问题2中的图我们可以知道相反电动势和霍尔信号的关系了，而我们给绕组通电是给绕组上施加电压，也就是三相如何施加相电压，所以我们还要找到霍尔信号跟相电压的关系，这样才能确定出霍尔信号对应的通电相序。这里引入电机等效模型分析，规定相电流的正方向由相线端a/b/c流入，N端流出，那么我们可以知道反电动势产生的电流流向是相反的，但是当我们在相线端a/b/c施加正向电压时，测量反电动势，此时反电动势电压的方向也是正向的，也就是我们去观察a/b/c端跟N端，可以知道相电压跟反电动势电压方向一致，但是电流方向是相反的。这就是相反电动势跟相电压的关系。

问题4.怎么通过相反电动势跟霍尔信号的波形关系确定绕组导通关系？

答：从问题3我们可以知道相反电动势方向跟我们施加相电压的方向同向，电流方向相反，所以我们可以从上图直接得出每个霍尔沿跳变之后的绕组通电相序。绕组导通可以用下表表示：

好了，那么本次讨论就到这里了，希望通过这次讨论，大家能掌握这种确定绕组导通相序的方法，以后不管拿到什么电机，都可以准确的知道导通相序，这种方法也是比较恰当的方法，谢谢大家！

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：