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

傳統(tǒng)的直流無刷電機(jī)采用方波控制方式，控制簡單，容易實(shí)現(xiàn)，同時存在轉(zhuǎn)矩脈動、換相噪聲等問題，在一些對噪聲有要求的應(yīng)用領(lǐng)域存在局限性。針對這些應(yīng)用，采用正弦波控制可以很好的解決這個問題。

直流無刷電機(jī)的正弦波控制簡介

直流無刷電機(jī)的正弦波控制即通過對電機(jī)繞組施加一定的電壓，使電機(jī)繞組中產(chǎn)生正弦電流，通過控制正弦電流的幅值及相位達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。與傳統(tǒng)的方波控制相比，電機(jī)相電流為正弦，且連續(xù)變化，無換相電流突變，因此電機(jī)運(yùn)行噪聲低。

根據(jù)控制的復(fù)雜程度，直流無刷電機(jī)的正弦波控制可分為：簡易正弦波控制與復(fù)雜正弦波控制。

（1）簡易正弦波控制：

對電機(jī)繞組施加一定的電壓，使電機(jī)相電壓為正弦波，由于電機(jī)繞組為感性負(fù)載，因此電機(jī)相電流也為正弦波。通過控制電機(jī)相電壓的幅值以及相位來控制電流的相位以及幅值，為電壓環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)較為簡單。

（2）復(fù)雜正弦波控制：

與簡易正弦波控制不同，復(fù)雜的正弦控制目標(biāo)為電機(jī)相電流，建立電流環(huán)，通過直接控制相電流的相位與幅值達(dá)到控制電機(jī)的目的。由于電機(jī)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(fù)雜，常見的為磁場定向控制（FOC）及直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）等。

本文將主要介紹簡易正弦波控制的原理及其實(shí)現(xiàn)。

簡易正弦波控制原理

簡易正弦波控制即通過控制電機(jī)正弦相電壓的幅值以及相位達(dá)到控制電機(jī)電流的目的。通常通過在電機(jī)端線施加一定形式的電壓來使繞組兩端產(chǎn)生正弦相電壓。常見的生成方式為：正弦PWM以及空間矢量PWM。由于正弦PWM原理簡單且便于實(shí)現(xiàn)，因此簡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(jié)構(gòu)圖，其中Ux、Uy、Uz為橋臂電壓，Ua、Ub、Uc為電機(jī)繞組的相電壓，以下對于不同種類的PWM調(diào)制方式的介紹將基于此結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行。

圖1 直流無刷電機(jī)控制框圖

（1）三相正弦調(diào)制PWM

三相SPWM為最常見的正弦PWM生成方式，即對電機(jī)三個端線施加相位相差120度的正弦電壓信號，由于中性點(diǎn)為0，因此電機(jī)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(diào)制SPWM端線電壓

（2）開關(guān)損耗最小正弦PWM

與常見的SPWM不同，采用開關(guān)損耗最小正弦PWM時，施加在電機(jī)端線上電壓Ua、 Ub、Uc并非正弦波電壓，此時電機(jī)中心點(diǎn)電壓并非為0，但是電機(jī)相電壓仍然為正弦。因此此類控制方式為線電壓控制。見圖3：

圖3 開關(guān)損耗最小正弦PWM端線電壓