无刷直流电机的PWM调制方式介绍

图5：正弦波与PWM波的等效图

正弦脉宽调制需要知道ωt的详细值，而我们从霍尔元件只可以读取到60°120°180°240°360°这个6个大体的位置信息，所以我们需要从前几次霍尔值变化的间隔时间推算出60度内的内角度。在电机静启动情况下，我们无法推算出内角度信息，因此启动情况下，我们还是要采用方波120度脉宽调制方式启动，但电机得到一个稳定转动后，我们可以推算出内角度，就可以切换成正弦脉宽调制方式。

推算内角度方法：如图6-1首先计算出每个60°需要的时间，除以PWM周期的时间可以计算出60°内PWM的次数，从而得到60°内每增加1个PWM时内角度增加的值，在加上通过霍尔值对应的大角度值就得到当前的角度；UVW三相彼此相差120°相位。


图6-1

举例：PWM基本周期频率20KHz（50μs），8极对电机，在转速2000r/m时，求角度变化值

1） 2000r/m*8 = 16000hall/m （每分钟的霍尔电气周期）

2）16000/60 = 266.67hall/s （每秒的霍尔电气周期）

3）1/266.67 = 3.75ms （每个霍尔周期需要的时间）

4）3.75ms/6 = 625μs （每60度需要的时间）

5）625μs/50μs = 12.5次 （每60度内PWM周期的次数）

6）60°/12.5=4.8° （每个PWM周期增加的角度值）


图6-2

然后通过查询代码中内置的sin函数值，在叠加上力矩输出要求的百分比，这样我们可以在每次PWM周期结束后立即修改PWM的占空比，使其得到正弦脉宽调制方式。

LC08000M芯片有正弦脉宽调制（SPWM）功能，并且内部集成了上面的软件计算部分。


图7：实测LC08000M正弦脉宽调制（SPWM）的效果

3. 空间矢量脉宽调制（SVPWM）

与SPWM不同，SVPWM施加在电机端线上电压并非等效正弦波电压，此时电机中心点电压并非为0，但电机相电压仍然为等效正弦，从而使得电机相线电流也成正弦变化规则。

三相全桥逆变器共8种开关模式，分别对应八个基本电压空间矢量U0~U7，U0和U7为零矢量，位于原点。其余6个非零矢量幅值相同，相邻矢量间隔60°。根据非零矢量所在位置将空间划分为六个扇区。空间矢量脉宽调制就是利用U0~U7的不同组合，组成幅值相同、相位不同的参考电压矢量Uref，从而使矢量轨迹尽可能逼近基准圆。