使用 Z32F128 MCU 進行空間矢量調(diào)制

本應(yīng)用筆記介紹了采用 Z32F128 微控制器的三相 BLDC 電機的空間矢量調(diào)制。它演示了微控制器如何實現(xiàn) BLDC 電機高效、經(jīng)濟的矢量調(diào)制。

本應(yīng)用筆記介紹了采用 Z32F128 微控制器的三相 BLDC 電機的空間矢量調(diào)制。它演示了微控制器如何實現(xiàn) BLDC 電機高效、經(jīng)濟的矢量調(diào)制。
可以通過在六邊形內(nèi)創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)電壓參考矢量來控制三相 BLDC 電機，該電壓參考矢量的旋轉(zhuǎn)速度決定電機旋轉(zhuǎn)的頻率。本應(yīng)用筆記中討論的空間矢量調(diào)制應(yīng)用使用帶有三個用于角度位置反饋的霍爾傳感器的 BLDC 型電機。
討論
電動機由定子和固定框架組成，其中旋轉(zhuǎn)部件或轉(zhuǎn)子安裝在帶有軸承的軸上。在三相 BLDC 電機中，定子配有三組電感器繞組，由三個交流電壓輸入供電，這些電壓輸入彼此相位偏移 120 度，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通量場。該定子磁通場對轉(zhuǎn)子的永磁體磁通場施加磁力，從而在輸出軸上產(chǎn)生扭矩。
在三相電機控制應(yīng)用中，電機的輸入電壓由三相逆變橋產(chǎn)生。該橋包含三個互補的源極/漏極晶體管對，它們將接地或總線電壓 DC 連接到其三個輸出中的每一個，以響應(yīng)來自微控制器的數(shù)字控制信號。Z32F128 ARM MCU 在電橋控制信號上使用 PWM，在電橋輸出上生成三個近似正弦交流波形，并具有所需的 120 度相位偏移。
每個微控制器 PWM 輸出的占空比都會變化，以控制所生成的交流信號的周期和幅度，進而確定電機的速度和扭矩。
操作原理
與三次諧波注入正弦 PWM 類似，空間矢量調(diào)制方法利用了大約 15% 以上的可用總線電壓，因此提高了電機運行效率。

圖 1 旋轉(zhuǎn)矢量受 ± VBUS 和 VBUS 電壓中心的約束

與注入三次諧波的正弦 PWM 不同，相電壓的中性點被限制為總線電壓的二分之一，如圖 1 所示。

圖 2 空間矢量調(diào)制的總線電壓利用率

空間矢量調(diào)制不受 VBUS 和中心電壓的限制，并且可以浮動在空間中，如圖 2 所示。
與在逆變器的每個推/挽級中分別生成正弦電流的正弦 PWM 不同，空間矢量調(diào)制將整個逆變器作為單個單元進行操作以產(chǎn)生正弦電流。在此過程中，逆變器在六邊形內(nèi)的八種不同狀態(tài)下運行，其中兩種狀態(tài)被稱為零矢量，因為它們不產(chǎn)生電壓，而六種狀態(tài)則產(chǎn)生非零電壓。