最小正弦PWM的直流無刷電機控制方案

其中Ux、Uy、Uz為電機端線電壓，Ua、Ub、Uc為電機相電壓，可見相電壓相位差為120度。Ux、Uy、Uz與Ua、Ub、Uc的關(guān)系如下：



合并后，Ux，Uy，Uz如下：





可見采用開關(guān)損耗最小正弦PWM時，Ux，Uy，Uz相位差120度，且為分段函數(shù)形式，并非正弦電壓，而電機相電壓Ua、Ub、Uc仍然為正弦電壓。且在120度區(qū)內(nèi)端線電壓為0，即對應(yīng)的開關(guān)管常開或常關(guān)。因此與三相正弦PWM相比，開關(guān)損耗減少1/3。

通過控制Ux，Uy，Uz的相位以及幅值即可以控制Ux，Uy，Uz，實現(xiàn)控制電流的目的。

直流無刷電機簡易正弦波控制的實現(xiàn)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。工作原理如下：霍爾輸入信號經(jīng)過自動濾波及采樣處理，得到可靠的換相信號，此信息可被用作估算轉(zhuǎn)子角度以及轉(zhuǎn)速。速度PI調(diào)解器根據(jù)給定轉(zhuǎn)速值以及反饋轉(zhuǎn)速值計算正弦PWM的Modulation的大小。位置估算單元利用轉(zhuǎn)速以及換相信息估算轉(zhuǎn)子位置角Angle。通過超前角調(diào)整單元，補償超前角Δ，得到Angle。SPWM單元利用Modulation 以及Angle信息生成開關(guān)損耗最小SPWM，輸出到逆變單元。以下內(nèi)容介紹了各單元原理及實現(xiàn)。

圖4 系統(tǒng)框圖

開關(guān)損耗最小正弦PWM的生成

由于Ux，Uy，Uz相位相差120度，因此以Ux為例進行分析。



Ux為分段函數(shù)，與為正弦函數(shù)且以對稱。僅需實現(xiàn)其中一段，另一段對稱處理即可。

的實現(xiàn)：



因此僅需要利用0-120度的正弦表即可以實現(xiàn)，即，其中M為幅值。Uy，Uz的實現(xiàn)與Ux相似，相位差為120°。

通過控制M和x即可控制電機相電壓的幅值及相位。

開關(guān)損耗最小正弦PWM控制與霍爾位置傳感器的關(guān)系

通常直流無刷電機采用霍爾傳感器定位轉(zhuǎn)子位置，由于傳統(tǒng)控制方式為方波控制，因此3個霍爾傳感器即可滿足要求?；魻杺鞲衅鞯奈恢门c轉(zhuǎn)子反電勢之間的關(guān)系見圖5，即霍爾傳感器安裝于反電勢為30°、90°、150°、210°、270°、330°的位置。具體霍爾輸出值與霍爾的具體安裝方式相關(guān)。

圖5 BLDC霍爾傳感器輸出與反電勢之間的關(guān)系