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无刷电机

图1为三相无刷直流电机的驱动部分示意图

主要包括霍尔信息的采集,以及根据霍尔信号对三相逆变器做对应的调制,三相逆变器PWM的开关顺序已经PWM的占空比是调制的主要内容,不同的调制方式对BLDC的运行性能有很大影响,近年来随着电机控制系统越来越精细,在原来常见的方波120度脉宽调制基础上,正弦脉宽调制(SPWM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM)出现,使电机脉动降低、电流波形畸变减小,但后两者的算法比较复杂,,本文将对三种调制方式逐一地介绍其特性、原理及计算细节。安森美半导体LC08000M芯片集成这三种调制方式,适合应用在BLDC的驱动。

  1. 方波120度脉宽调制

  利用霍尔值(每个电气周期6次变化),改变UVW相电流流向,但同一霍尔值内电流流向不变,任何时刻只能一相的上桥和另一相的下桥导通,这种控制方式简单,但存在最大60度的转矩偏角,效率降低,同时会伴有转动噪音。

直流无刷电机PWM输入频率问题

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  图2: Hall状态与PWM、三相反电动势、三相电流的对应关系

  在上桥下桥PWM开关控制顺序不同,我们可以做出下面5种模式的选装。

  LC08000M为了减小在换相时转矩的波动,采用了PWM值过渡方式,这一处理能有效降低了转动噪音。

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  图3:LC08000M 方波120°脉宽调制的PWM与霍尔关系的对应图

  2. 正弦脉宽调制(SPWM)

  叠加在MOS管的直流电压可以通过PWM开关控制来等效成正弦电压,由于中性点为0,因此电机的相电压也为正弦,从而使得电机相线电流也成正弦变化规则,消除了转矩波动。根据面积等效原理,正弦波还可以等效成PWM波。如图5所示,通过这种方式我们不停的调整PWM的占空比来实现正弦电压效应。

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  图4:正弦波与PWM波的等效图

  正弦脉宽调制需要知道ωt的详细值,而我们从$霍尔元件只可以读取到60°120°180°240°360°这个6个大体的位置信息,所以我们需要从前几次霍尔值变化的间隔时间推算出60度内的内角度。在电机静启动情况下,我们无法推算出内角度信息,因此启动情况下,我们还是要采用方波120度脉宽调制方式启动,但电机得到一个稳定转动后,我们可以推算出内角度,就可以切换成正弦脉宽调制方式。

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  推算内角度方法:如图6-1首先计算出每个60°需要的时间,除以PWM周期的时间可以计算出60°内PWM的次数,从而得到60°内每增加1个PWM时内角度增加的值,在加上通过霍尔值对应的大角度值就得到当前的角度;UVW三相彼此相差120°相位。


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