最小正弦PWM的直流无刷电机控制方案

其中Ux、Uy、Uz为电机端线电压，Ua、Ub、Uc为电机相电压，可见相电压相位差为120度。Ux、Uy、Uz与Ua、Ub、Uc的关系如下：



合并后，Ux，Uy，Uz如下：





可见采用开关损耗最小正弦PWM时，Ux，Uy，Uz相位差120度，且为分段函数形式，并非正弦电压，而电机相电压Ua、Ub、Uc仍然为正弦电压。且在120度区内端线电压为0，即对应的开关管常开或常关。因此与三相正弦PWM相比，开关损耗减少1/3。

通过控制Ux，Uy，Uz的相位以及幅值即可以控制Ux，Uy，Uz，实现控制电流的目的。

直流无刷电机简易正弦波控制的实现

系统结构

系统结构如图4所示。工作原理如下：霍尔输入信号经过自动滤波及采样处理，得到可靠的换相信号，此信息可被用作估算转子角度以及转速。速度PI调解器根据给定转速值以及反馈转速值计算正弦PWM的Modulation的大小。位置估算单元利用转速以及换相信息估算转子位置角Angle。通过超前角调整单元，补偿超前角Δ，得到Angle。SPWM单元利用Modulation 以及Angle信息生成开关损耗最小SPWM，输出到逆变单元。以下内容介绍了各单元原理及实现。

图4 系统框图

开关损耗最小正弦PWM的生成

由于Ux，Uy，Uz相位相差120度，因此以Ux为例进行分析。



Ux为分段函数，与为正弦函数且以对称。仅需实现其中一段，另一段对称处理即可。

的实现：



因此仅需要利用0-120度的正弦表即可以实现，即，其中M为幅值。Uy，Uz的实现与Ux相似，相位差为120°。

通过控制M和x即可控制电机相电压的幅值及相位。

开关损耗最小正弦PWM控制与霍尔位置传感器的关系

通常直流无刷电机采用霍尔传感器定位转子位置，由于传统控制方式为方波控制，因此3个霍尔传感器即可满足要求。霍尔传感器的位置与转子反电势之间的关系见图5，即霍尔传感器安装于反电势为30°、90°、150°、210°、270°、330°的位置。具体霍尔输出值与霍尔的具体安装方式相关。

图5 BLDC霍尔传感器输出与反电势之间的关系