在電子工程領域，ADC 過零檢測是一個至關重要的技術，特別是在直流無刷電機的無感控制中發(fā)揮著關鍵作用。下面將深入探討 ADC 過零檢測的相關原理和技術細節(jié)。

反電動勢波形的起源

首先，讓我們來了解內轉子磁極的磁感應強度 B 的分布情況。如下圖所示：

在 0° 的時候，處于正反方向交界處，磁感應強度為零。隨后，磁感應強度開始線性增加，在 A 點時達到最大，然后一直保持恒定值不變，直到 B 點開始下降，到 180° 的時候下降到零。接著開始負向增長，在 C 點處達到負值最大，然后保持恒定負值不變，直到 D 點強度開始減弱，到 0° 時又回到零。需要注意的是，A 點到底在幾度的位置，不同的電機不一樣。如果 A 非常接近 0° 的位置，上升和下降直線就會非常陡峭，“梯形波” 就變成了 “方波”。
根據(jù)右手定則 E = BLV 公式，在勻速轉動下，各繞組切割磁場中的磁感線產生的反電動勢波形（和 B 的波形一致，因為 L 和 V 都是定值）呈梯形波 / 方波（和磁感應強度波形類似）。

對于直流無刷電機的無感控制策略中，主要可以分為兩類：（1）無感方波控制；（2）無感 FOC 控制。這里先以無感方波的控制為例，在無感方波的控制中，反電動勢過零點檢測的目的是得到換相信號。能夠得到換相信號的原理是：過零點的信號與換相信號在相位上相差 30° 電角度，即過零點后延遲 30° 即可進行換相的操作。采集反電動勢過零的信號有兩種方式：（1）硬件比較器法；（2）軟件 ADC 采樣法。這兩種采集方式的原理都是將檢測得到的端電壓的值與電機中心點電壓進行比較來得到反電動勢過零點的信號。

反電動勢過零的基本原理

在 AB 相通電時，第三相 C 相會產生一個反電動勢（可利用這個第三相的感應電動勢來測算轉子的位置）。在 AB 相通電期間，如果我們去測量線圈 CC’上的電壓，會發(fā)現(xiàn) CC’上的電壓其間有一個從正到負的變化過程。在 AB 相通電期間，不只是線圈 CC’上產生感生電動勢，其實 AA’和 BB’也在切割磁力線，也都會產生感生電動勢，其電動勢方向與外加的 12V 電源相反，所以叫 “反向感生電動勢”（BEMF）。其等效電路圖見圖 1 - 25。
從圖中可以看出，線圈繞組 AA’和 BB’上產生的反電動勢是很大的，兩個加起來幾乎略小于 12V，即 VAA’ + VBB’≈12V。因為線圈繞組本身的等效電阻很?。≧AA’ = RBB’≈0.1Ω）， 如果反電動勢不大的話，端電壓加載在線圈繞組等效電阻上，會產生巨大的電流，線圈非燒掉不可。例如，假設在額定轉速下 AA’和 BB’各產生 5.7V 的反電動勢，那么它們串聯(lián)起來就產生 11.4V 的反電動勢，結合圖 1 - 25 看，那么加載在等效電阻上的電壓就為 12 - 11.4 = 0.6V，最終通過繞組 AB 的電流就是 0.6 / (2X0.1) = 3A，看來這個假設還是比較合理的。
同理，由于各繞組的結構是相同的，切割磁力線的速度也是相同的，所以線圈 CC’也應該會產生一個大小約為 5.7V 的感生電動勢。不同的是，在 AB 相通電期間，CC’的感生電動勢會整個換一個方向，也即所謂的 “過零點”。

換相時機

由于中點電勢值始終為 6V，CC’的線圈產生的感生電動勢只能在以中點 6V 電勢為基準點的基礎上疊加。仍舊假設在額定轉速下 CC’上會產生 5.7V 的感生電動勢，在 t0 時刻，如果我們去測量 C 點的電壓，其值應為 6 + 5.7 = 11.7V；在 t1 時刻，C 點的電壓值應為 6 - 5.7 = 0.3V。也就是說，在 AB 相通電期間，只要一直監(jiān)測電機的 C 引線的電壓，一旦發(fā)現(xiàn)它低于 6V，就說明轉子已轉過 30° 到達了 t0 和 t1 中間的位置，只要再等 30° 就可以換相了。

ADC 采集過零信號

如果電調的 MCU 足夠快的話，可以采用連續(xù) AD 采樣的方式來測量 C 點電壓，不過貌似有點浪費，因為大部分采到的 AD 值都是沒用的，我們只關心它什么時候低于 6V。

CMP 采集過零信號

這時候模擬比較器的作用就來了。一旦 C 相輸出電壓低于 6V，比較器馬上可以感知并在輸出端給出一個下降沿。同理，當電機處于 AC 相通電時，監(jiān)測的是 B 相輸出電壓；當電機處于 BC 相通電時，監(jiān)測的是 A 相輸出電壓。繼續(xù)往前，當電機開始進入 BA 相通電時，C 相輸出電壓一開始會處于一個較低的狀態(tài)（0.3V），過零事件發(fā)生時，C 相輸出電壓會超過 6V，也就是說，這時比較器會感知并輸出一個上升沿。CA，CB 相通電情況也類似。

需要注意的是，這是 15V 的比較器，單片機自帶的比較器一般只支持最高 5V 的比較。上面這個電路圖只是為了方便說明問題，在真正的實用中，會對 C 相輸出電壓和 6V 中點電壓再加個分壓電路，而且中點電壓也不總是等于 6V。