摘要：針對無刷直流電機方波驅動出力大．正弦波驅動轉矩脈動和噪聲小的特點，設計了基于霍耳傳感器信號的無刷直流電機方波與正弦波復合驅動器。在不改動硬件電路的前提下，利用軟件編程實現了無刷直流電機的方波驅動與正弦波驅動以及兩種驅動方式間的動態切換。實驗結果表明，無刷直流電機運行穩定，切換方式靈活。該設計的方波正弦波復合驅動器可以有效拓寬無刷直流電機在高精度、低噪聲環境下的應用。

    關鍵詞：無刷直流電機；方波驅動；正弦波驅動無刷直流電機以其體積小、效率高、壽命長、易于維護等優點，廣泛應用于家電、醫療器械、航空航天等各個領域。無刷直流電機一般采用方波驅動，出力大，但轉矩脈動和噪聲也比較大，影響著無刷直流電機在高精度、低噪聲環境下的應用。

    近年來，國內外相關文獻對無刷直流電機的正弦波驅動進行了研究，當無刷直流電機采用正弦波驅動時，電機的轉矩脈動和噪聲要小于方波驅動。因此，本文針對無刷直流電機方波驅動出力大，正弦波驅動轉矩脈動和噪聲小的特點，設計了無刷直流電機方波正弦波復合驅動器，實現了無刷直流電機的方波驅動和正弦波驅動，以及兩種驅動方式的動態切換。

    1控制系統整體設計

    驅動模式由外部的驅動模式按鍵狀態決定，可以通過驅動模式按鍵來實現驅動方式的動態切換。其中，電機控制系統處理器采用微芯公司的dsPIc30F40n數字信號控制器，通過對ds P1c30F4011進行編程實現無刷直流電機的方波與正弦波的復合驅動。控制器產生的PwM信號經光電隔離后傳給IR2130驅動芯片。IR2130具有獨特的自舉電路，一片IR2130就可以驅動一套典  。

 

    2  方波驅動

    無刷直流電機的方波驅動模式根據霍耳信號的6個狀態控制電機繞組的導通與關斷，相對正弦波驅動而言控制更加簡單。一般采用兩兩導通模式，即每一時刻兩相導通，每相導通120。(電角度)。dsPIc30F401l中集成了專門針對電機控制的PwM模塊(McPwM)，可以方便地控制各種電機。無刷直流電機的控制主要是根據霍耳信號進行換相，而dsPIC30F4011中的PWM輸出改寫寄存器(ovDcoN)可以很方便地控制PwM的輸出，通過修改OVDcoN寄存器的值可以很容易地實現無刷贏流電機的換相。

    3  正弦波驅動

   無刷直流電機的轉子位置一般是通過霍耳傳感器來檢測的。方波驅動時只需幾個離散的轉子位置點即可，但要實現電機的正弦驅動，必須知道轉子的準確位置。因此，如何根據霍耳信號來計算轉子位置是實現無刷直流電機正弦波驅動的關鍵之一。

    3．1轉子位置檢測與扇區細分

   無刷直流電機位置檢測為霍耳元件，其輸出脈沖波形是占空比為50％的方波信號。霍耳信號脈沖波形的上升沿和下降沿代表著O和180。

    (電角度)。因此，可以通過測量霍耳信號的上升沿和下降沿之間的時間差來計算電機的轉速，并對扇區進行細分。

    3．2 svPwM的產生

   本文中無刷直流電機的正弦波驅動采用SVPwM調制方式，由霍耳信號來進行扇區選擇。

dsPIc30F4011具有DsP高速運算的特點，同時具有專門針對電機控制的PWM模塊，可以很方便地產生svPwM。sVPwM產生的總體思路為：在每次PwM的周期中斷中，進行電壓空間矢量的相角累加，然后根據電壓空間矢量的相角判斷所在的扇區，根據所在扇區計算各路PWM的占空比。

   4驅動方式的切換

   無刷直流電機方波驅動時采用兩兩導通方式，每一時刻只有2個功率管是導通的；而無刷直流電機的正弦波驅動采用三三導通模式，每一橋臂的上下2個功率管是互補導通的，每一時刻有3個功率管處于導通狀態。因此，要實現無刷直流電機的方波與正弦波兩種驅動方式的動態切換，就必須考慮每個時刻功率管的導通狀態以及當前電機的轉子位置。本文中采用軟件編程的方法實現兩種驅動方式的動態切換。軟件切換的全部工作量都由dsPIC30F4011完成。

    有一種PwM形式輸出有效，至于選擇哪種PwM進行輸出，由外部的驅動模式按鍵的狀態決定。考慮到正弦波驅動時電壓空間矢量的相角與實際電機轉子位置存在誤差，當檢測到外部按鍵變化需要進行切換時，并不立即進行切換，而是等到霍耳信號發生跳變時才進行驅動模式的切換。

    因為每一次霍耳信號的跳變，表示電壓空間矢量到達6個基本電壓矢量中的一個，都會進行一次電壓矢量相角位置的校準，如此一來可使每一次切換時，電壓矢量相角與轉子位置誤差最小。

    5  實驗結果

    本次試驗的無刷直流電機繞組為星型連接。在實驗過程中，逆變器母線電壓恒定為28 V，采用電機轉速閉環控制，轉速恒定為486 r／min。用電流鉗將電機的相電流信號轉成電壓信號，冉通過示波器來觀察電機在不同驅動模式下的電流波形。