三相無刷直流電機(jī)的調(diào)制方式：方波120度脈寬調(diào)制（120Degree-PWM）、正弦脈寬調(diào)制（SPWM）和空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM），本文將對(duì)各自方式的原理、SVPWM7段式與5段式特性、SPWM和SVPWM需要的角度推算以及PWM占空比的計(jì)算做出詳細(xì)介紹。

BLDC（Brushless Direct Current）無刷直流電機(jī)已在家用電器、汽車、醫(yī)療、工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域被廣泛使用，三相無刷直流電機(jī)是更主流產(chǎn)品。

圖1為三相無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分示意圖，主要包括霍爾信息的采集，以及根據(jù)霍爾信號(hào)對(duì)三相逆變器做對(duì)應(yīng)的調(diào)制，三相逆變器PWM的開關(guān)順序已經(jīng)PWM的占空比是調(diào)制的主要內(nèi)容，不同的調(diào)制方式對(duì)BLDC的運(yùn)行性能有很大影響，近年來隨著電機(jī)控制系統(tǒng)越來越精細(xì)，在原來常見的方波120度脈寬調(diào)制基礎(chǔ)上，正弦脈寬調(diào)制（SPWM）和空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）出現(xiàn)，使電機(jī)脈動(dòng)降低、電流波形畸變減小，但后兩者的算法比較復(fù)雜，本文將對(duì)三種調(diào)制方式逐一地介紹其特性、原理及計(jì)算細(xì)節(jié)。

圖1：三相無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)示意圖

1. 方波120度脈寬調(diào)制

利用霍爾值（每個(gè)電氣周期6次變化），改變UVW相電流流向，但同一霍爾值內(nèi)電流流向不變，任何時(shí)刻只能一相的上橋和另一相的下橋?qū)?，這種控制方式簡單，但存在最大60度的轉(zhuǎn)矩偏角，效率降低，同時(shí)會(huì)伴有轉(zhuǎn)動(dòng)噪音。

圖2： Hall狀態(tài)與PWM、三相反電動(dòng)勢(shì)、三相電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系

在上橋下橋PWM開關(guān)控制順序不同，我們可以做出下面5種模式的選裝。

圖3：上橋下橋PWM開關(guān)控制順序不同的5種模式

2. 正弦脈寬調(diào)制（SPWM）

疊加在MOS管的直流電壓可以通過PWM開關(guān)控制來等效成正弦電壓，由于中性點(diǎn)為0，因此電機(jī)的相電壓也為正弦，從而使得電機(jī)相線電流也成正弦變化規(guī)則，消除了轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。根據(jù)面積等效原理，正弦波還可以等效成PWM波。如圖5所示，通過這種方式我們不停的調(diào)整PWM的占空比來實(shí)現(xiàn)正弦電壓效應(yīng)。

圖4：正弦波與PWM波的等效圖

正弦脈寬調(diào)制需要知道ωt的詳細(xì)值，而我們從$霍爾元件只可以讀取到60°120°180°240°360°這個(gè)6個(gè)大體的位置信息，所以我們需要從前幾次霍爾值變化的間隔時(shí)間推算出60度內(nèi)的內(nèi)角度。在電機(jī)靜啟動(dòng)情況下，我們無法推算出內(nèi)角度信息，因此啟動(dòng)情況下，我們還是要采用方波120度脈寬調(diào)制方式啟動(dòng)，但電機(jī)得到一個(gè)穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)后，我們可以推算出內(nèi)角度，就可以切換成正弦脈寬調(diào)制方式。

推算內(nèi)角度方法：如圖首先計(jì)算出每個(gè)60°需要的時(shí)間，除以PWM周期的時(shí)間可以計(jì)算出60°內(nèi)PWM的次數(shù)，從而得到60°內(nèi)每增加1個(gè)PWM時(shí)內(nèi)角度增加的值，在加上通過霍爾值對(duì)應(yīng)的大角度值就得到當(dāng)前的角度;UVW三相彼此相差120°相位。

舉例：PWM基本周期頻率20KHz（50μs），8極對(duì)電機(jī)，在轉(zhuǎn)速2000r/m時(shí)，求角度變化值

1） 2000r/m*8 = 16000hall/m （每分鐘的霍爾電氣周期）

2）16000/60 = 266.67hall/s （每秒的霍爾電氣周期）

3）1/266.67 = 3.75ms （每個(gè)霍爾周期需要的時(shí)間）

4）3.75ms/6 = 625μs （每60度需要的時(shí)間）

5）625μs/50μs = 12.5次 （每60度內(nèi)PWM周期的次數(shù)）

6）60°/12.5=4.8° （每個(gè)PWM周期增加的角度值）

然后通過SWM201查詢代碼中內(nèi)置的sin函數(shù)值，在疊加上力矩輸出要求的百分比，這樣我們可以在每次PWM周期結(jié)束后立即修改PWM的占空比，使其得到正弦脈寬調(diào)制方式。

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