基于Infineon高性能8位單片機XC866的最小正弦PWM的直流無(wú)刷電機控制方案

傳統的直流無(wú)刷電機采用方波控制方式，控制簡(jiǎn)單，容易實(shí)現，同時(shí)存在轉矩脈動(dòng)、換相噪聲等問(wèn)題，在一些對噪聲有要求的應用領(lǐng)域存在局限性。針對這些應用，采用正弦波控制可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題。

直流無(wú)刷電機的正弦波控制簡(jiǎn)介

直流無(wú)刷電機的正弦波控制即通過(guò)對電機繞組施加一定的電壓，使電機繞組中產(chǎn)生正弦電流，通過(guò)控制正弦電流的幅值及相位達到控制電機轉矩的目的。與傳統的方波控制相比，電機相電流為正弦，且連續變化，無(wú)換相電流突變，因此電機運行噪聲低。

根據控制的復雜程度，直流無(wú)刷電機的正弦波控制可分為：簡(jiǎn)易正弦波控制與復雜正弦波控制。

（1）簡(jiǎn)易正弦波控制：

對電機繞組施加一定的電壓，使電機相電壓為正弦波，由于電機繞組為感性負載，因此電機相電流也為正弦波。通過(guò)控制電機相電壓的幅值以及相位來(lái)控制電流的相位以及幅值，為電壓環(huán)控制，實(shí)現較為簡(jiǎn)單。

（2）復雜正弦波控制：

與簡(jiǎn)易正弦波控制不同，復雜的正弦控制目標為電機相電流，建立電流環(huán)，通過(guò)直接控制相電流的相位與幅值達到控制電機的目的。由于電機相電流為正弦信號，因此需要進(jìn)行電流的解耦操作，較為復雜，常見(jiàn)的為磁場(chǎng)定向控制（FOC）及直接轉矩控制（DTC）等。

本文將主要介紹簡(jiǎn)易正弦波控制的原理及其實(shí)現。

簡(jiǎn)易正弦波控制原理

簡(jiǎn)易正弦波控制即通過(guò)控制電機正弦相電壓的幅值以及相位達到控制電機電流的目的。通常通過(guò)在電機端線(xiàn)施加一定形式的電壓來(lái)使繞組兩端產(chǎn)生正弦相電壓。常見(jiàn)的生成方式為：正弦PWM以及空間矢量PWM。由于正弦PWM原理簡(jiǎn)單且便于實(shí)現，因此簡(jiǎn)易正弦波控制中通常采用其作為PWM生成方式。圖1為BLDC控制結構圖，其中Ux、Uy、Uz為橋臂電壓，Ua、Ub、Uc為電機繞組的相電壓，以下對于不同種類(lèi)的PWM調制方式的介紹將基于此結構圖進(jìn)行。

圖1 直流無(wú)刷電機控制框圖

（1）三相正弦調制PWM

三相SPWM為最常見(jiàn)的正弦PWM生成方式，即對電機三個(gè)端線(xiàn)施加相位相差120度的正弦電壓信號，由于中性點(diǎn)為0，因此電機相電壓也為正弦，且相位與施加的正弦電壓相同。如圖2所示。

圖2 三相調制SPWM端線(xiàn)電壓

（2）開(kāi)關(guān)損耗最小正弦PWM

與常見(jiàn)的SPWM不同，采用開(kāi)關(guān)損耗最小正弦PWM時(shí)，施加在電機端線(xiàn)上電壓Ua、 Ub、Uc并非正弦波電壓，此時(shí)電機中心點(diǎn)電壓并非為0，但是電機相電壓仍然為正弦。因此此類(lèi)控制方式為線(xiàn)電壓控制。見(jiàn)圖3：

圖3 開(kāi)關(guān)損耗最小正弦PWM端線(xiàn)電壓