使用 Z32F128 MCU 進(jìn)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(jī)的空間矢量調(diào)制。它演示了微控制器如何實(shí)現(xiàn) BLDC 電機(jī)高效、經(jīng)濟(jì)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(jī)的空間矢量調(diào)制。它演示了微控制器如何實(shí)現(xiàn) BLDC 電機(jī)高效、經(jīng)濟(jì)的矢量調(diào)制。
可以通過(guò)在六邊形內(nèi)創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)電壓參考矢量來(lái)控制三相 BLDC 電機(jī)，該電壓參考矢量的旋轉(zhuǎn)速度決定電機(jī)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(gè)用于角度位置反饋的霍爾傳感器的 BLDC 型電機(jī)。
討論
電動(dòng)機(jī)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(jī)中，定子配有三組電感器繞組，由三個(gè)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(chǎng)。該定子磁通場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的永磁體磁通場(chǎng)施加磁力，從而在輸出軸上產(chǎn)生扭矩。
在三相電機(jī)控制應(yīng)用中，電機(jī)的輸入電壓由三相逆變橋產(chǎn)生。該橋包含三個(gè)互補(bǔ)的源極/漏極晶體管對(duì)，它們將接地或總線電壓 DC 連接到其三個(gè)輸出中的每一個(gè)，以響應(yīng)來(lái)自微控制器的數(shù)字控制信號(hào)。Z32F128 ARM MCU 在電橋控制信號(hào)上使用 PWM，在電橋輸出上生成三個(gè)近似正弦交流波形，并具有所需的 120 度相位偏移。
每個(gè)微控制器 PWM 輸出的占空比都會(huì)變化，以控制所生成的交流信號(hào)的周期和幅度，進(jìn)而確定電機(jī)的速度和扭矩。
操作原理
與三次諧波注入正弦 PWM 類(lèi)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(jī)運(yùn)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(diǎn)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(dòng)在空間中，如圖 2 所示。
與在逆變器的每個(gè)推/挽級(jí)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(gè)逆變器作為單個(gè)單元進(jìn)行操作以產(chǎn)生正弦電流。在此過(guò)程中，逆變器在六邊形內(nèi)的八種不同狀態(tài)下運(yùn)行，其中兩種狀態(tài)被稱(chēng)為零矢量，因?yàn)樗鼈儾划a(chǎn)生電壓，而六種狀態(tài)則產(chǎn)生非零電壓。