對於BLDC的梯形波/方fang波bo控kong製zhi，調tiao試shi並bing選xuan取qu合he適shi的de超chao前qian角jiao能neng在zai不bu改gai變bian基ji本ben控kong製zhi算suan法fa的de情qing況kuang下xia，明ming顯xian提ti升sheng電dian機ji控kong製zhi的de效xiao率lv和he震zhen動dong噪zao音yin水shui平ping。特te別bie對dui於yu帶dai傳chuan感gan器qi電dian機ji，控kong製zhi時shi序xu裏li的de超chao前qian角jiao相xiang當dang於yu調tiao整zheng電dian機ji內nei部bu的de傳chuan感gan器qi位wei置zhi，從cong而er通tong過guo用yong簡jian單dan易yi行xing的de軟ruan件jian方fang法fa實shi現xian等deng同tong於yu以yi不bu方fang便bian或huo困kun難nan的de方fang式shi調tiao整zheng傳chuan感gan器qi物wu理li位wei置zhi的de效xiao果guo。

 

1

、三相BLDC控製原理（梯形波）

 

下圖表示了無刷電機梯形波控製算法的基本原理。首先，交流電整流為直流電壓，後級為變頻部分（inverter），包含6個開關器件（FET）：上橋臂的U、V、W和下橋臂的X

、Y、Z。

 

按照一定順序控製這些FET開關器件
，比如：

 

1：U->Y

2：U->Z

3：V->Z

4：V->X

5：W->X

6：W->Y（假定電機方向為正轉）

 

那麼電流會按照下麵的順序流過電機線圈：

 

1：U相到V相（U->V）

2：U相到W相（U->W）

3：V相到W相（V->W）

4：V相到U相（V->U）

5：W相到U相（W->U）

6：W相到V相（W->V）

 

共6步
，如此循環。（如圖1所示）

 

圖1

 

同理，若電機方向為反轉，則開關順序為：

 

1：U->Z

2：U->Y

3：W->Y

4：W->X

5：V->X

6：V->Z

 

這就是無刷電機BLDC的梯形波/方波控製算法。

 

2、三相BLDC控製時序

 

無刷電機的控製時序依賴於電機轉子位置，為方便說明超前角/導通角
，這裏以帶霍爾傳感器的電機為例。按照霍爾芯片的位置判斷，反饋應為中斷。每檢測到一個有效的霍爾位置信號編碼（Pattern），就開始換相到下一步，然後接著開始檢測下一次的位置反饋中斷。如下圖2。按照上述6步不斷換相的順序：

 

1：U->V

2：U->W

3：V->W

4：V->U

5：W->U

6：W->V

 

再循環往複。

 

圖2

 

在每次檢測到霍爾位置Pattern時，換相並輸出對應的脈寬調製（PWM - Pulse Width Modulation）Pattern。之後，對位置反饋信號開始采樣監控
，直到再次檢測到有效的霍爾位置Pattern。

 

圖中PWM開關信號（U~Z）中的黑色區塊為有效電平，內含PWM載波（從幾K到幾十KHz，Duty可變）。圖中的相電壓（U相~W相）中的黑色窄柱狀波形是在此換相時刻（從此一步切換到下一步PWM Pattern）
，由於續流等原因（電機線圈的電感）造成的換相電壓跳變。

 

3
、超前角

 

在無刷直流電機（BLDC - BrushLess DC）控製裏經常會用到Lead Angle
，即超前角/導dao通tong角jiao。因yin為wei電dian機ji線xian圈quan是shi感gan性xing負fu載zai，所suo以yi相xiang對dui於yu線xian圈quan上shang的de加jia載zai電dian壓ya，線xian圈quan裏li的de電dian流liu會hui有you一yi定ding的de時shi延yan，從cong而er影ying響xiang電dian機ji的de效xiao率lv和he產chan生sheng噪zao音yin。以yi電dian機jiU相電壓舉例，把上圖PWM信號U
、X和U相電壓波形放大，如下圖。其中U相展開可看到實際電壓波形，內含PWM載波。忽略PWM載波看包絡圖

，如下圖3最下麵波形所示。

 

圖3：U相展開時實際的電壓波形

 

這裏，綠色虛線處是換相點，定義為超前角/導通角0度點。該點位於相電壓中點右邊（後邊）30度。而Lead Angle超前角/導通角，顧名思義就是從超前角0度往左（往前）提前多少度。

 

一般來說
，特別是無刷電機BLDC梯形波控製算法
，在電機高轉速情況下
，需要在每個換相點前對6個PWM輸入信號（U~Z）插入一定的Lead Angle超前角/導通角
，圖4是不同超前角/導通角，從0度
、7.5度、15度到30度，所分別對應的輸入信號。

 

圖4

 

超前角/導通角的調試取決於電機本身參數、電機電壓以及電機轉速等。一般從經驗來說，對於相同電機，在給定的電壓下

，電機的轉速越高，那麼就需要更高的超前角/導通角。調試合適的Lead Angle的關鍵方法就是在電機帶負載情況下，在感興趣的工作轉速（或範圍）下找出電機效率最高（輸出功率/輸入功率）、電機噪音和震動最小的情況。

 

對於帶霍爾傳感器的電機來說，調整霍爾傳感器的物理位置（對應到電子角度）也能起到類似效果。而一般來說

，霍爾傳感器位於電機內的PCB板上，不太容易調整。反過來說
，通過調整Lead Angle超前角/導通角，隻要對應好物理角度和電子角度（取決於電機轉子的極對數）關係，也能起到類似修正電機內部霍爾傳感器物理位置的作用，從而通過簡單易行的軟件方式（超前角/導通角的調整）實現等同於以不方便或複雜的方式調整傳感器物理位置的效果。

 

 

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