一、概述
在上一篇博文中，介绍了基于世平集团的 SPIN560C 开发板来做无感方波的方案。该方案的电压反馈使用的是 ADC 实时采样的方式。那么，这篇博文继续给大家介绍无感方波的另一种更省时省力的方法：用 SPIN560C 自带的模拟比较器判断反电动势的过零点。
SPIN560C 这颗 MCU 内部集成 3 个模拟比较器，分别是：COMP3、COMP4 和 COMP5。其中 COMP3 只支持 1 个正相输入和 1 个反相输入；COMP4 和 COMP5 支持 4 个正相输入和 2 个反相输入。COMP4 和 COMP5 可用于比较器反电动势检测。
SPIN560C 开发板的驱动部分与上一篇的电路相同，如图 1 所示。反馈部分采用 SPIN560C 自带的模拟比较器 COMP4 的电路，如图 2 所示。
图 1. MM32SPIN560C 原理图
图 2. 比较器方案的反馈电路
如图 2 所示，首先，三相电压分别经过两个电阻分压信号连接到 COMP4 的 3 个正相输入端。然后，三相电压经过 3 个 47K 电阻连接到一起，构建出中性点作为零点信号，连接到 COMP4 的 1 个反相输入端。COMP 通过内部选通来切换浮空相反电动势信号，输入到比较器正端。定时扫描比较器的输出，由“0”变“1”或者由“1”变“0”的时刻即为反电动势过零点时刻。反电动势和比较器的输出波形如图 3 所示。
图 3. 反电动势及比较器输出波形
二、 软件实现
- 在使用模拟比较器 COMP4 之前，先把相关的 IO 引脚（PA6、PB2、PB10、PB12）定义为模拟输入。
- 在对模拟比较器 COMP4 初始化的时候，要选择正相和反相输入通道。
对于正相输入通道的选择，需要对比较器控制状态寄存器（COMP4_CSR）的 INP_SEL（bit8:7） 进行设置。设置为 01b 则选择 INP1（PA6），设置为 10b 则选择 INP2（PB2），设置为 11b 则选择 INP3（PB10）。
对于反相输入通道的选择，需要对比较器控制状态寄存器（COMP4_CSR）的 INM_SEL（bit5:4） 进行设置。设置为 00b 则选择 INM0（PB12）。
void COMP_Init(void)
{
COMP_InitTypeDef COMP_InitStructure;
/* COMP Clock Enable */
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2ENR_COMP, ENABLE);
/* Configure COMP4 */
COMP_DeInit(COMP4);
COMP_InitStructure.COMP_Output = COMP_Output_None;
COMP_InitStructure.COMP_OutputPol = COMP_OutputPol_NonInverted;
COMP_InitStructure.COMP_Hysteresis = COMP_Hysteresis_High;
COMP_InitStructure.COMP_Mode = COMP_Mode_HighSpeed;
COMP_InitStructure.COMP_Filter = COMP_Filter_4_Period;
COMP_Init(COMP4, &COMP_InitStructure);
/* Selct COMP4 INP & INM */
SELECT_COMP4_INP_AS_BEMF_U();
SELECT_COMP4_INM_AS_BEMF_O();
/* Enable COMP4 */
COMP_Cmd(COMP4, ENABLE);
}- 在检测的过程中，通过切换正相输入端的 IO 来选择当前浮空相的反电动势。
- 与 ADC 检测反电动势过零点一样，要在切换浮空相的反电动势之后，做延时处理，用以规避续电流。
- 比较器过零点检测，检测比较器的输出结果，由“0”变“1”或者由“1”变“0”时，标志位过零点产生。
- 过零点之后，还需要延时 30° 的电角度，再进行换相。
三、总结
本文档介绍了无感方波的设计中使用比较器做反电动势检测实现方法。与 ADC 方案比较，比较器方案在高速电机的应用上更有优势，目前灵动比较器无感方波方案最大转速大于 48WeRPM。但是要注意的是电机高转速运转时，需要对电机进行超前换相处理。换相滞后，会导致电机转速受限，工作电流变大。如果想了解更多，可以下方评论区留言，或者发邮件给我们：atu.sh@wpi-group.com。
四、参考资料
- DS_MM32SPIN360C_p_V1.07_SC.pdf
- UM_MM32SPIN2x_p_V1.19_SC.pdf
- 灵动微. MM32 SPIN MCU 无感方波 BLDC 电机驱动原理篇.2022
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