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三相无刷直流电机的调制方式

gh_ed4f95bde4df ? 来源:电机驱动 ? 作者:电机驱动 ? 2021-10-27 17:55 ? 次阅读

三相无刷直流电机的调制方式:方波120度脉宽调制(120Degree-PWM)、正弦脉宽调制(SPWM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM),本文将对各自方式的原理、SVPWM7段式与5段式特性、SPWM和SVPWM需要的角度推算以及PWM占空比的计算做出详细介绍。

BLDC(Brushless Direct Current)无刷直流电机已在家用电器、汽车、医疗、工业设备等领域被广泛使用,三相无刷直流电机是更主流产品。

图1为三相无刷直流电机的驱动部分示意图,主要包括霍尔信息的采集,以及根据霍尔信号对三相逆变器做对应的调制,三相逆变器PWM的开关顺序已经PWM的占空比是调制的主要内容,不同的调制方式对BLDC的运行性能有很大影响,近年来随着电机控制系统越来越精细,在原来常见的方波120度脉宽调制基础上,正弦脉宽调制(SPWM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM)出现,使电机脉动降低、电流波形畸变减小,但后两者的算法比较复杂,本文将对三种调制方式逐一地介绍其特性、原理及计算细节。

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图1:三相无刷直流电机驱动示意图

1. 方波120度脉宽调制

利用霍尔值(每个电气周期6次变化),改变UVW相电流流向,但同一霍尔值内电流流向不变,任何时刻只能一相的上桥和另一相的下桥导通,这种控制方式简单,但存在最大60度的转矩偏角,效率降低,同时会伴有转动噪音。

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图2: Hall状态与PWM、三相反电动势、三相电流的对应关系

在上桥下桥PWM开关控制顺序不同,我们可以做出下面5种模式的选装。

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图3:上桥下桥PWM开关控制顺序不同的5种模式

2. 正弦脉宽调制(SPWM)

叠加在MOS管的直流电压可以通过PWM开关控制来等效成正弦电压,由于中性点为0,因此电机的相电压也为正弦,从而使得电机相线电流也成正弦变化规则,消除了转矩波动。根据面积等效原理,正弦波还可以等效成PWM波。如图5所示,通过这种方式我们不停的调整PWM的占空比来实现正弦电压效应。

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图4: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。

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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)

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然后通过SWM201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。

责任编辑:haq

原文标题:无刷直流电机的PWM调制方式介绍

文章出处:【微信号:gh_ed4f95bde4df,微信公众号:华芯微特32位MCU】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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    6是一款12通道半桥驱动器,具有专为汽车和工业运动控制应用而设计的保护功能。该产品具有独立的控制和诊断功能,驱动器可在正向,反向,制动和高阻状态下运行。该器件通过16位SPI接口控制,并且与菊花链兼容。 特性 低静态电流休眠模式 半桥连接高端&低侧驱动器配置 集成高低侧续流保护 0.5 A峰值电流 RDS(on)=0.85Ω(典型值) 5 MHz SPI控制 符合5 V和3.3 V系统 欠压&过压锁定 全局故障报告 过流保护 过温保护 低侧欠载检测 菊花链兼容多个8位器件 16位帧检测 应用 汽车 工业 暖通空调应用的直流电机管理 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 22:02 ? 418次 阅读

    NCV7726B 12通道半桥驱动器

    6B是一款12通道半桥驱动器,具有专为汽车和工业运动控制应用而设计的保护功能。该产品具有独立的控制和诊断功能,驱动器可在正向,反向,制动和高阻状态下运行。该器件通过16位SPI接口控制,并且与菊花链兼容。 特性 低静态电流休眠模式 半桥连接高端&低侧驱动器配置 集成高低侧续流保护 0.5 A峰值电流 RDS(on)=0.85Ω(典型值) 5 MHz SPI控制 符合5 V和3.3 V系统 欠压&过压锁定 每通道故障报告 过流保护 过温保护 高侧和低侧欠载检测 菊花链兼容多个8位器件 16位帧检测 应用 汽车 工业 暖通空调应用的直流电机管理 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 22:02 ? 461次 阅读

    AEDR-8320-1Q2 反射模拟编码器

    AEDR-8320系列是采用反射技术进行运动控制的最小光学编码器之一。编码器将发射器和检测器组合在一个表面贴装无引线封装中。当与编码轮或线性编码条一起使用时,编码器将旋转或线性运动转换为模拟输出。 AEDR-8320系列提供运动传感,适用于大批量应用,体积小,表面贴装包装使其成为打印机,复印机,读卡器和许多消费产品的理想选择,特别是在空间和重量受到设计约束的情况下。 另外,AEDR-8320提供模拟输出,可插补以实现更高特性 反光技术 表面贴装小外形无引线封装 双通道用于方向感应的模拟输出  单5.0V电源 -40º C至85º C绝对工作温度 分辨率:7.09线/ mm 应用程序 电机 外置编码器 XY表 Pick&放置机器 安全摄像机 打印机 复印机 CD / DVD刻录机 读卡器...
    发表于 07-04 12:17 ? 191次 阅读
    AEDR-8320-1Q2 反射模拟编码器

    HEDR-5420-ES214 中型外壳编码器

    HEDR-542X系列是高性能,低成本的双通道光学增量型编码器。这些编码器强调高可靠性,高分辨率和易于组装。 HEDR-542X内置编码器采用反射技术来感应旋转位置。该传感器由LED光源和光电探测器IC组成,采用单个SO-8表面贴装封装。 HEDR-542X编码器的输出是两个正交的方波。这些编码器可以快速,轻松地安装到电机上。 功能 双通道正交输出 快速简便的装配 成本效益 小型电机系统的理想选择 -10°C至85°C工作温度 可提供直角连接器 可提供固定螺钉配置或压配合/粘合剂安装配置的集线器 可提供外部安装耳机...
    发表于 07-04 12:16 ? 206次 阅读
    HEDR-5420-ES214 中型外壳编码器

    AEDR-8502-102 反射式光学编码器

    AEDR-850x编码器是世界上最小的 3通道光学编码器,其数字输出采用反射技术用于运动控制。编码器设计工作在-20°以上; C至85度C温度范围因此适用于商业和工业终端应用。 这个 3通道光学编码器在单个封装中装有LED光源和光电检测电路。 3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(H)的小尺寸使其可用于存在尺寸和空间限制的各种微型商业应用中。 AEDR-850x系列编码器提供双通道正交数字输出和第三通道索引数字输出。由于TTL兼容,AEDR-850X 3通道光学编码器的输出可以直接与大多数信号处理电路连接。因此,编码器提供了极大的设计灵活性,并且易于集成到现有系统中。   功能 功能 世界上最小的3通道反射技术编码器。 表面贴装无引脚封装3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(高) 3渠道;用于方向感应的双通道正交数字输出和第三通道,索引数字输出。 内置插补器,通过外部引脚分配可选1x,2x和4x因子 兼容TTL 单5V电源 -20° C至85度C绝对工作温度 编码分辨率:294至304(线/英寸) 指数门控,门控  360º e  AEDR-8502-102的订购数量为100件。   应用 闭环步进电机 微型电机 打印机 复印机...
    发表于 07-04 12:16 ? 224次 阅读
    AEDR-8502-102 反射式光学编码器

    AEDR-8500-102 3通道反射增量光学编码器

    AEDR-850x编码器是世界上最小的 3通道光学编码器,其数字输出采用反射技术用于运动控制。编码器设计工作在-20°以上; C至85度C温度范围因此适用于商业和工业终端应用。 这个 3通道光学编码器在单个封装中装有LED光源和光电检测电路。 3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(H)的小尺寸使其可用于存在尺寸和空间限制的各种微型商业应用中。 AEDR-850x系列编码器提供双通道正交数字输出和第三通道索引数字输出。兼容TTL,AEDR-850X的输出 3通道光学 编码器可以直接与大多数信号处理电路连接。因此,编码器具有出色的设计灵活性,可轻松集成到现有系统中。   功能 功能 世界上最小的3通道反射技术编码器。 表面贴装无引脚封装3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(高) 3通道;用于方向感应的双通道正交数字输出和用于方向数字输出的第三通道。 内置插补器,通过外部引脚分配可选1x,2x和4x因子 兼容TTL 单5V电源 -20° C至85度C绝对工作温度 编码分辨率:294至304(线/英寸) 指数选通,门控90º e,微型编码器 AEDR-8500-102的订购数量为100个。 应用 闭环步进电机 微型电机 打印机 复印机 读卡器 扫...
    发表于 07-04 12:16 ? 276次 阅读
    AEDR-8500-102 3通道反射增量光学编码器

    AEDR-8501-102 3通道反射增量光学编码器

    AEDR-850x编码器是世界上最小的 3通道光学编码器,其数字输出采用反射技术用于运动控制。编码器设计工作在-20°以上; C至85度C温度范围因此适用于商业和工业终端应用。 这个 3通道光学编码器在单个封装中装有LED光源和光电检测电路。 3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(H)的小尺寸使其可用于存在尺寸和空间限制的各种微型商业应用中。 AEDR-850x系列编码器提供双通道正交数字输出和第三通道索引数字输出。由于TTL兼容,AEDR-850X 3通道光学编码器的输出可以直接与大多数信号处理电路连接。因此,编码器具有出色的设计灵活性,可轻松集成到现有系统中。   功能 功能 世界上最小的3通道反射技术编码器。 表面贴装无引脚封装3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(高) 3通道;用于方向感应的双通道正交数字输出和第三通道,索引数字输出。 内置插补器,通过外部引脚分配可选1x,2x和4x因子 兼容TTL 单5V电源 -20° C至85度C绝对工作温度 编码分辨率:294至304(线/英寸) 指数选通,门控180º e AEDR-8501-102的订购数量为100件。   应用程序 闭环步进电机 微型电机 打印机 复印机 读卡器 扫描仪...
    发表于 07-04 12:16 ? 140次 阅读
    AEDR-8501-102 3通道反射增量光学编码器

    AEDR-8500-100 3通道反射增量光学编码器

    AEDR-850x编码器是世界上最小的 3通道光学编码器,带有数字输出,采用反射技术进行运动控制。编码器设计工作在-20°以上; C至85度C温度范围因此适用于商业和工业终端应用。 这个 3通道光学编码器在单个封装中装有LED光源和光电检测电路。 3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(H)的小尺寸使其可用于存在尺寸和空间限制的各种微型商业应用中。 AEDR-850x系列编码器提供双通道正交数字输出和第三通道索引数字输出。由于TTL兼容,AEDR-850X 3通道光学编码器的输出可以直接与大多数信号处理电路连接。因此,编码器提供了极大的设计灵活性,并且易于集成到现有系统中。   功能 功能 世界上最小的3通道反射技术编码器。 表面贴装无引脚封装3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(高) 3渠道;用于方向感应的双通道正交数字输出和用于方向数字输出的第三通道。 内置插补器,通过外部引脚分配可选1x,2x和4x因子 兼容TTL 单5V电源 -20° C至85度C绝对工作温度 编码分辨率:294至304(线/英寸) 指数选通,门控90º e AEDR-8500-100的订购数量为1,000件。 应用 闭环步进器电机 微型电机 打印机 复印机 读卡器 扫...
    发表于 07-04 12:16 ? 382次 阅读
    AEDR-8500-100 3通道反射增量光学编码器

    AEDR-8502-100 3通道反射增量光学编码器

    AEDR-850x编码器是世界上最小的 3通道光学编码器,其数字输出采用反射技术用于运动控制。编码器设计工作在-20°以上; C至85度C温度范围因此适用于商业和工业终端应用。 这个 3通道光学编码器在单个封装中装有LED光源和光电检测电路。 3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(H)的小尺寸使其可用于存在尺寸和空间限制的各种微型商业应用中。 AEDR-850x系列编码器提供双通道正交数字输出和第三通道索引数字输出。由于TTL兼容,AEDR-850X 3通道光学编码器的输出可以直接与大多数信号处理电路连接。因此,编码器具有出色的设计灵活性,可轻松集成到现有系统中。 功能 功能 世界上最小的3通道反射技术编码器。 表面贴装无引脚封装3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(高) 3通道;用于方向感应的双通道正交数字输出和第三通道,索引数字输出。 内置插补器,通过外部引脚分配可选1x,2x和4x因子 兼容TTL 单5V电源 -20° C至85度C绝对工作温度 编码分辨率:294至304(线/英寸) 指数门控,门控  360º e  AEDR-8502-100的订购数量为1,000件。 应用 闭环步进电机 微型电机 打印机 复印机 读卡器 扫描仪 投...
    发表于 07-04 12:15 ? 352次 阅读
    AEDR-8502-100 3通道反射增量光学编码器

    AEDR-8320-1Q0 反射模拟编码器

    AEDR-8320系列是采用反射技术进行运动控制的最小光学编码器之一。编码器将发射器和检测器组合在一个表面贴装无引线封装中。当与编码轮或线性编码条一起使用时,编码器将旋转或线性运动转换为模拟输出。 AEDR-8320系列提供运动传感,是大批量应用的理想选择。它的小尺寸和表面贴装封装使其成为打印机,复印机,读卡器和许多消费产品的理想选择,特别是在空间和重量受设计限制的情况下。 另外,AEDR-8320提供模拟输出,可以进行插值以获得更高的分辨率,从而满足不同应用的不同分辨率需求。特性 反光技术 表面贴装小外形无引线封装 用于方向感测的双通道模拟输出  单5.0V电源 -40º C至85º C绝对工作温度 分辨率:7.09行/ mm(180行/英寸) 应用程序 电机 已安装的编码器 XY表 Pick&放置机器 安全摄像机 打印机 复印机 CD / DVD刻录机 读卡器...
    发表于 07-04 12:15 ? 242次 阅读
    AEDR-8320-1Q0 反射模拟编码器

    HEDR-5900-00001 HEDR-54xx系列定心工具

    HEDR-54xx系列编码器的定心工具。它将底板与电机轴对齐。 应用 背光按钮/开关
    发表于 07-04 11:33 ? 177次 阅读
    HEDR-5900-00001 HEDR-54xx系列定心工具

    AEAT-84AD-LBSF0 高温多圈绝对编码器模块,14位

    AEAT-84AD提供光电机械单元的所有功能,以便通过单圈绝对值编码器实现绝对多圈编码器,组合容量最高可达30扩展温度下的位。 该单元由一个IR-LED电路板,一个光电晶体管(PT)电路板和布置在PCB之间的6或7个齿轮组成。 功能 16384(14bits)转数版 光学,绝对多圈装配,最大值。直径55毫米,典型高度12.2毫米。 工作温度-40C至125C 机械联轴器采用14齿齿轮小齿轮,模块为0.3 运行速度高达12,000 rpm 用于电源和信号的2x4极引脚条 应用 机器人 li> 机床 半导体机械 汽车(用于装配和焊接的车身设备机器人电池)...
    发表于 07-04 11:19 ? 227次 阅读
    AEAT-84AD-LBSF0 高温多圈绝对编码器模块,14位

    AEAT-84AD-LBSC0 高温多圈绝对编码器模块,12位

    Broadcom的AEAT-84AD通过提供多圈功能增强了AEAS-7000单圈模块的功能,并且无需对齐(通过其即插即用功能)。值得注意的是,它能够在高达125℃的温度下运行,使应用程序在更恶劣的操作环境中使用。 Broadcom的AEAT-84AD是一个附加模块,可为AEAS-7000增加电机轴转数计数能力,AEAS-7000是业界最小的高端产品。速度,即插即用的绝对编码器。 AEAS-7000绝对编码器和AEAT-84AD轴转数计数模块的组合采用模块化方法,与其他方法相比,可将组装步骤数减少到4个这需要多达8个步骤。编码器组合还可将所需组件数量从大约120个减少到4个,从而降低了库存,制造和采购成本。因此,客户的供应链正在简化!此外,它还通过业界首创的即插即用功能消除了对多个校准调整的需求,从而缩短了制造商的设计周期。 绝对编码器用于需要有关组件位置信息的机器之前发生任何动作。 AEAS-7000 / AEAT-84AD的位置分辨率范围为12位至16位,结合12位或14位旋转计数分辨率。 功能 4096(12bits)转数版 光学,绝对多圈装配,最大值直径55 mm,典型高度12.2 mm。 工作温度-40C至125C 通过14齿齿轮小齿轮机械联轴器,模块为0.3 工作速度高达12...
    发表于 07-04 11:14 ? 282次 阅读
    AEAT-84AD-LBSC0 高温多圈绝对编码器模块,12位

    BCM81724 400GbE倒档变速箱

    Broadcom® BCM81724是单芯片8倍; 56  Gb / s到16× 25 Gb / s NRZ倒档变速箱,8次; 56 Gb / s PAM-4直通模式PHY。它支持PAM-4和NRZ数据格式。它支持Retimer,Forward和Reverse Gearbox模式。它还支持1G,10G,25G,40G,50G,100G,200G和400G线卡应用。 片上时钟合成由低成本的156.25 MHz参考时钟执行高频,低抖动锁相环(PLL)。 BCM81724采用先进的低功耗16纳米CMOS技术制造,可提供19毫米和更短的时间; 19毫米,0.8毫米间距,484球BGA,符合RoHS标准的封装。 特性 主机端接口:30 dB 线路侧接口: 30  dB 芯片到模块(C2M)兼容 正向和反向变速箱模式和重定时器模式 支持前向纠错(FEC) 支持400G-CR8模式 线路侧接收器集成交流耦合电容 PAM-4和NRZ的多标准和线速支持 连续自适应均衡器 线路和系统侧环回 PRBS发电机/错误检查器 线路侧每个通道的眼睛监控,通过MDIO访问 单个低成本REFCLK输入 恢复时钟输出 支持SGMII传递 与Broadcom ASIC和商用交换机芯片互操作 低功耗16纳米CMOS设计 19 毫米与时间; 19毫米BGA,0.8毫米球...
    发表于 07-04 10:24 ? 2251次 阅读
    BCM81724 400GbE倒档变速箱

    HEDS-5645#H12 快速装配二和三通道光学编码器

    HEDS-5500/5540,HEDS-5600/5640和HEDM-5500/5600是高性能,低成本,双通道和三通道光学增量编码器。这些编码器强调高可靠性,高分辨率和易于组装。 每个编码器都包含一个带透镜的LED??光源,一个带探测器和输出电路的集成电路,以及一个在发射器和探测器IC之间旋转的码盘。 HEDS-5500/5600和HEDM-5500/5600的输出是两个正交的方波。除了两个通道正交之外,HEDS-5540和5640还具有第三通道索引输出。该指数输出为90度电高度,真正的指数脉冲,在码盘每旋转一圈时产生一次。 HEDS系列采用金属码轮,而HEDM系列采用胶片码盘,可实现分辨率到1024 CPR。 HEDM系列没有第三个通道索引。 这些编码器可以快速,轻松地安装到电机上。对于直径较大的电机,HEDM-5600和HEDS-5600/5640具有外部安装耳。 正交信号和索引脉冲通过位于0.1英寸中心的五个0.025英寸方形引脚进行访问。 / p> 目前可提供每转96到1024个计数的标准分辨率。有关其他分辨率,请咨询当地的Agilent Technologies销售代表。 功能 带有可选索引脉冲的双通道正交输出快速简便的装配无需信号调整外部安装耳可用低成本分辨率每转最多1024个计数小尺寸 -40°...
    发表于 07-04 09:59 ? 286次 阅读
    HEDS-5645#H12 快速装配二和三通道光学编码器

    AEDR-8501-100 3通道反射增量光学编码器

    AEDR-850x编码器是世界上最小的 3通道光学编码器,其数字输出采用反射技术用于运动控制。编码器设计工作在-20°以上; C至85度C温度范围因此适用于商业和工业终端应用。 这个 3通道光学编码器在单个封装中装有LED光源和光电检测电路。 3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(H)的小尺寸使其可用于存在尺寸和空间限制的各种微型商业应用中。 AEDR-850x系列编码器提供双通道正交数字输出和第三通道索引数字输出。由于TTL兼容,AEDR-850X 3通道光学编码器的输出可以直接与大多数信号处理电路连接。因此,编码器提供了极大的设计灵活性,并且易于集成到现有系统中。  功能 功能 世界上最小的3通道反射技术编码器。 表面贴装无引脚封装3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(高) 3通道;用于方向感应的双通道正交数字输出和第三通道,索引数字输出。 内置插补器,通过外部引脚分配可选1x,2x和4x因子 兼容TTL 单5V电源 -20° C至85度C绝对工作温度 编码分辨率:294至304(线/英寸) 指数选通,门控180º e AEDR-8501-100的订购数量为1,000件。 应用 关闭Loop步进电机 微型电机 打印机 复印机 读卡器 扫描仪 ...
    发表于 07-04 09:39 ? 565次 阅读
    AEDR-8501-100 3通道反射增量光学编码器
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