在電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，三相全波無刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式一直是研究的熱點(diǎn)。本文將詳細(xì)介紹 “三相全波無刷電機(jī)的正弦波激勵(lì) PWM 驅(qū)動(dòng)”，為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員提供深入的技術(shù)參考。

在上一篇文章中也提到過，三相全波無刷電機(jī)的激勵(lì)方式主要有 120 度激勵(lì)驅(qū)動(dòng)和正弦波激勵(lì)驅(qū)動(dòng)兩種。從性能方面進(jìn)行對(duì)比，三相全波無刷電機(jī)的正弦波激勵(lì)驅(qū)動(dòng)在控制精度、效率、噪聲等方面展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。正弦波激勵(lì)能夠?qū)崿F(xiàn)更平滑的轉(zhuǎn)矩輸出，從而提高控制精度；其連續(xù)的激勵(lì)方式減少了能量的損耗，提升了效率；同時(shí)，也降低了電機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪聲。然而，在系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本方面，三相全波無刷電機(jī)的矩形波驅(qū)動(dòng)更勝一籌。矩形波驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，所需的控制元件較少，因此成本較低。

三相全波無刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)：有傳感器、正弦波激勵(lì) PWM 驅(qū)動(dòng)電路示例

正弦波激勵(lì)驅(qū)動(dòng)通過由高邊和低邊開關(guān)組成的驅(qū)動(dòng)器所具備的三相控制和驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。以下是帶有傳感器的正弦波激勵(lì) PWM 驅(qū)動(dòng)的電路框圖和各輸入輸出波形圖示例。其基本工作原理是將來自三個(gè)霍爾傳感器的信號(hào)輸入至霍爾放大器的輸入端，經(jīng)過波形合成的信號(hào)通過比較器和三角波轉(zhuǎn)換為 PWM 信號(hào)，由輸出段 MOSFET 來驅(qū)動(dòng)電機(jī)的線圈。A1、A2、A3 的 PWM 信號(hào)的等效電壓為 120 度相位差的正弦激勵(lì)波形。

與 120 度激勵(lì)（120 度導(dǎo)通 60 度關(guān)斷的矩形波激勵(lì)方法）不同，正弦波驅(qū)動(dòng)采用 180 度激勵(lì)。由于是通過正弦波對(duì)零到值實(shí)施激勵(lì)，因此電機(jī)工作更平穩(wěn)，噪聲更低。另外，PWM 還有助于提高效率，它可以根據(jù)電機(jī)的負(fù)載情況動(dòng)態(tài)調(diào)整脈沖寬度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)功率的控制。

三相全波無刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)：有傳感器、正弦波激勵(lì) PWM 驅(qū)動(dòng)波形示例

下面使用各波形示例進(jìn)行詳細(xì)說明，先來了解正弦波 PWM 轉(zhuǎn)換。

以前面框圖中的 H1P/H1N 輸入通道為例?；魻柗糯笃鞯妮敵?H1 通過波形合成電路變?yōu)閳D中紫色的正弦波 M1。來自 M1 和三角波振蕩器的三角波被輸入比較器，作為比較結(jié)果，輸出具有脈沖寬度的矩形波 P1（比較器輸出）。P1 是通過電平轉(zhuǎn)換和同時(shí)導(dǎo)通防止電路來控制輸出段 MOSFET 的柵極，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)線圈的 PWM 輸出。這種使用比較器和三角波的 PWM 轉(zhuǎn)換是很常見的方式，并且是很多電路中使用的方法，比如開關(guān)穩(wěn)壓器的 PWM 生成等。

接下來，請(qǐng)看各輸入輸出波形。霍爾元件電壓的輸入 H1P/H1N～H3P/H3N，是以差分方式接收來自霍爾元件的信號(hào)，并輸出 H1～H3 相位差 120 度的正弦波（參見波形圖 “霍爾元件電壓波形”）?；魻栐妷和ㄟ^波形合成電路成為 M1～M3。此時(shí)，以比原始相位超前 30 度以上的相位生成各波形（參見 “合成波形”）。稱為 “超前角” 的概念將會(huì)另行詳細(xì)介紹。如前所述，M1～M3 通過比較器與三角波進(jìn)行比較并被轉(zhuǎn)換為 PWM 信號(hào)（參見 “比較器波形 P1～P3”）。電機(jī)線圈的電壓波形是 PWM 信號(hào)，但波形圖中顯示的是等效電壓波形?？梢钥闯龅刃щ妷翰ㄐ问钦也?qū)動(dòng)。

當(dāng)然，線圈電流是正弦波。通過波形合成電路使相角超前，從而使線圈電流波形的相角總是比霍爾元件電壓（H1～H3）超前 30 度。這一系列的控制稱為 “超前角控制”。120 度激勵(lì)時(shí)，在線圈電壓波形中看到有線圈電流的 ON/OFF 引起的尖峰噪聲，但在正弦波激勵(lì)驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于是 180 度激勵(lì)，沒有 ON/OFF，因此不會(huì)發(fā)生尖峰噪聲。