三相無刷直流電機的調制方式：方波120度脈寬調制（120Degree-PWM）、正弦脈寬調制（SPWM）和空間矢量脈寬調制（SVPWM），本文將對各自方式的原理、SVPWM7段式與5段式特性、SPWM和SVPWM需要的角度推算以及PWM占空比的計算做出詳細介紹。

BLDC（Brushless Direct Current）無刷直流電機已在家用電器、汽車、醫(yī)療、工業(yè)設備等領域被廣泛使用，三相無刷直流電機是更主流產品。

圖1為三相無刷直流電機的驅動部分示意圖，主要包括霍爾信息的采集，以及根據霍爾信號對三相逆變器做對應的調制，三相逆變器PWM的開關順序已經PWM的占空比是調制的主要內容，不同的調制方式對BLDC的運行性能有很大影響，近年來隨著電機控制系統(tǒng)越來越精細，在原來常見的方波120度脈寬調制基礎上，正弦脈寬調制（SPWM）和空間矢量脈寬調制（SVPWM）出現，使電機脈動降低、電流波形畸變減小，但后兩者的算法比較復雜，本文將對三種調制方式逐一地介紹其特性、原理及計算細節(jié)。

圖1：三相無刷直流電機驅動示意圖

1. 方波120度脈寬調制

利用霍爾值（每個電氣周期6次變化），改變UVW相電流流向，但同一霍爾值內電流流向不變，任何時刻只能一相的上橋和另一相的下橋導通，這種控制方式簡單，但存在最大60度的轉矩偏角，效率降低，同時會伴有轉動噪音。

圖2： Hall狀態(tài)與PWM、三相反電動勢、三相電流的對應關系

在上橋下橋PWM開關控制順序不同，我們可以做出下面5種模式的選裝。

圖3：上橋下橋PWM開關控制順序不同的5種模式

2. 正弦脈寬調制（SPWM）

疊加在MOS管的直流電壓可以通過PWM開關控制來等效成正弦電壓，由于中性點為0，因此電機的相電壓也為正弦，從而使得電機相線電流也成正弦變化規(guī)則，消除了轉矩波動。根據面積等效原理，正弦波還可以等效成PWM波。如圖5所示，通過這種方式我們不停的調整PWM的占空比來實現正弦電壓效應。

圖4：正弦波與PWM波的等效圖

正弦脈寬調制需要知道ωt的詳細值，而我們從$霍爾元件只可以讀取到60°120°180°240°360°這個6個大體的位置信息，所以我們需要從前幾次霍爾值變化的間隔時間推算出60度內的內角度。在電機靜啟動情況下，我們無法推算出內角度信息，因此啟動情況下，我們還是要采用方波120度脈寬調制方式啟動，但電機得到一個穩(wěn)定轉動后，我們可以推算出內角度，就可以切換成正弦脈寬調制方式。

推算內角度方法：如圖首先計算出每個60°需要的時間，除以PWM周期的時間可以計算出60°內PWM的次數，從而得到60°內每增加1個PWM時內角度增加的值，在加上通過霍爾值對應的大角度值就得到當前的角度;UVW三相彼此相差120°相位。

舉例：PWM基本周期頻率20KHz（50μs），8極對電機，在轉速2000r/m時，求角度變化值

1） 2000r/m*8 = 16000hall/m （每分鐘的霍爾電氣周期）

2）16000/60 = 266.67hall/s （每秒的霍爾電氣周期）

3）1/266.67 = 3.75ms （每個霍爾周期需要的時間）

4）3.75ms/6 = 625μs （每60度需要的時間）

5）625μs/50μs = 12.5次 （每60度內PWM周期的次數）

6）60°/12.5=4.8° （每個PWM周期增加的角度值）

然后通過SWM201查詢代碼中內置的sin函數值，在疊加上力矩輸出要求的百分比，這樣我們可以在每次PWM周期結束后立即修改PWM的占空比，使其得到正弦脈寬調制方式。

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