正弦波控制无刷直流电机
电动车正弦波控制技术
1、按照T计算可以消除霍尔安装误差以及沿延迟。 2、按照T1~T6计算可以消除速度突然变化时的角度计算误差。
43
180度控制模式的关键技术分析
整体系统控制结构
44
第四部分 180度正弦波矢量控制的实现
45
180度控制模式的实现
电流重构的实现要求
电流采样对MCU的要求
能定时采样 采样速度快
A Y Z
Fad S N
Faq Fa C X II
B Fr I
如图所示，电枢 磁动势的直轴分 量Fad对转子主磁 极产生最大去磁 作用
13
无刷直流电机的基本控制技术
无刷直流电机的电枢反应
A Y S Z
Fa C Faq
N
Fad X
B I
如图所示，电枢磁 动势的直轴分量Fad 对转子主磁极产生 最大增磁作用。
注：本电路采用内部运放作为瞬时电流保护和电流检测。 实际应用还应采用运放进行平均电流的采样保护
56
180度控制模式的实现
180度正弦波控制的特点分析
1、矢量控制 保证恒定转矩电流，消除电机的增磁和去磁反应。 2、两相PWM调制 降低开关损耗，提高系统效率。 3、相电流重构技术 适时监测相电流的大小，从而实现电流控制和保护。
Hall IC
霍尔元件功能方框图 霍尔元件磁电转换
18
无刷直流电机的基本控制技术
无刷直流电动机转子位置信号的检测－霍尔元件
1、三个霍尔元件在 空间依次相差120o电 角度 2、传感器磁极与转 子磁极同轴旋转、极 数相等、极性相对应
19
无刷直流电机的基本控制技术
霍尔元件的安装方式
20
无刷直流电机的基本控制技术
无刷直流电机正弦波控制及其在电动自行车中的应用
７ ４・
《 测控技 术｝ ２ ０ １ ３ 年第 ３ ２卷第 ７ 期
无刷 直流电机正弦波控制 及其在 电动 自行车中的应 用
王会明 ， 丁 学 明
（ 上海理工大学 光 电信息 与计 算机工程学院 ， 上海 流 电机 一般 都 采 用方波控 制 ， 算 法 简单 、 易 于控 制 ， 但 缺 点是 转矩脉 动较 大、 噪 声 高。
Ｓ ｉ ｎ ｅ Ｗ ａ ｖ ｅ Ｂｒ ｕｓ ｈ ｌ ｅ ｓ ｓ ＤＣ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｎｄ Ｉ ｔ ｓ Ａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｉ ｎ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｂｉ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ
Ｗ ＡＮＧ Ｈｕ ｉ — ｍｉ ｎ ｇ ， ＤＩ ＮＧ Ｘｕ ｅ － ｍｉ ｎ ｇ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ — Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｌ ａ ａ ｎ ｄ Ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ｆ ｏ ｒ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ９ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
在分析常规三相 Ｓ Ｐ ＷＭ的基础上 ， 提 出采用一种开关损耗最小的两相 Ｓ Ｐ ＷＭ控制算法 ， 并设计 了基 于 微控制器 Ｉ ｘ Ｐ Ｄ ７ ９ Ｆ ９ ２ １ １的 电动 自行 车控 制 系统 。 以 Ｉ ｘ Ｐ Ｄ ７ ９ Ｆ ９ ２ １ １为运 动 控 制 芯 片 ， 借 助 三相 霍 尔信 号 来确 定无刷 直 流 电机 的 转子位 置 ， 通 过 转速 闭环控 制 、 电流 限流控 制 和 开 关损 耗 最 小的 两相 Ｓ Ｐ ＷＭ 控 制算 法 ， 实现 了一种 简单 而 高效 的 电动 自行 车 正 弦波控 制方 案 。 实践证 明 ， 相 比 目前 在 电动 自行 车控制 领域采用的方波控制方案， 该方案转矩脉动减少， 启动和运行噪声更低。实验结果表明上述控制 系统方 案可行 ， 具有 良好的性价 比。 目 前， 该 系统 已经实现并成功应用于电动 自 行车 系统中。 关键 词 ： 微控制器； 电动 自行 车 ； 无刷 直流 电机 ； 正 弦波脉 宽调 制 中图分类 号 ： Ｔ Ｍ３ ３ 文献标 识 码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ０—８ ８ ２ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７—０ ０ ７ ４— ０ ５
无刷直流电机正弦波控制芯片
8
TOSHIBA
TB6551FG/FAG
功能描述
基本操作： 在启动时，电机采用方波导通信号基于位置信号驱动。什么时候位置信号达到旋转 f = 5 赫兹或更高一些， 转子的位置是推断出来的产生位置信号和调制波。调制波与三角波比较；产生正弦波 PWM 信号驱动电机。 从开始到 5Hz 的方波驱动时，（120°开启）f = fOSC /（212×32×6） 5Hz 或更高：采用正弦波 PWM 驱动时，（180°开启）当 fOSC = 4MHz，约 5Hz
下列条件适用于可焊性： * 可焊性
1. 使用 Sn-37Pb 焊料浴 * 焊料浴温度为 230°C * 浸渍时间= 5 秒 * 时间=一次数 使用 R 型通量 2. 使用的 Sn-3.0Ag-0.5Cu 焊料浴 * 焊料浴温度为 245°C * 浸渍时间= 5 秒 * 时间=一次数 使用 R 型通量
性能稳定的自举电压
（1） 当电压指令输入 Ve ≤ 0.2 V： 这下层的晶体管接通的有规律（载波）周期。（接通占空是近似. 8%。）
（2） 当电压指令输入 Ve > 0.2 V：
正弦波驱动时，驱动信号的输出是正弦波
方波驱动时，下层的晶体管被强行接通的有规律（载波）周期。（接通占空是近似. 8%。） 注：在启动时，上层晶体管栅极加电，把下层的晶体管在一个固定的时间，于 Ve ≤0.2 V。
1.0 V
Vrefout − 0.5
---
0.5
1.0
5.0
5.5
0
10 μA
0
10
2.6
---
μs
3.8
---
0.5 0.54 V
0
---
32
。 34.5
无刷直流电机正弦波控制芯片
2
TOSHIBA
引脚描述
TB6551FG/FAG
引脚编号
符号
21
HU
20
HV
19
HW
18
CW/CCW
11
RES
22
Ve
23
LA
12
OS
3
Idc
14
Xin
15
Xout
24
Vrefout
17
FG
16
REV
9
U
8
V
7
W
6
X
5
Y
4
Z
1
VCC
10
Td
2
P-GND
13
S-GND
描述
备注
位置信号输入引脚的 U 位置信号输入引脚的 V 位置信号输入引脚的 W
2.2
3.0
0.46
---
27.5
53.5
4.2 3.7 ---
TB6551FG/FAG
典型
3 20 -20 -40 40
最大值
单 位
6 mA
40
---
μA
---
80
---
Vrefout V-Fra bibliotek-0.8
0.3
--- V
Vrefout − 0.4
---
0.4 0.78
Vrefout − 0.5
---
0.5
VFG(H)
VFG(H) Vrefout IL (H) IL (L) TOFF(H)
TOFF(L) Vdc TLA (0)
TLA (2.5) TLA (5) VCC (H) VCC (L)
无刷直流电机方波正弦波复合驱动器设计
Ｅ Ｅ Ｔ Ｉ Ｒ Ｖ ２ １ Ｖ １４ Ｎｏ ６ Ｌ Ｃ Ｒ Ｃ Ｄ Ｉ Ｅ ０ １ Ｏ． １ ．
电 气传 动 ２ １ ０ １年 第 ４ 卷 第 ６期 １
无 刷 直 流 电机 方 波 正 弦波 复 合 驱 动 器 设ห้องสมุดไป่ตู้计
谭 亚 丽 ， 志 大 。 郭
（．西安 交通 大学城 市 学院 电 气与信 息工程 系 ， 西 西安 ７０ １ ； １ 陕 １ ０ ８ ２ 西 北 工 业 大 学 自动 化 学 院 ， 西 西 安 ７ ０ ２ ） ． 陕 １ １ ９
Ａｂ ｔａ ｔ Ｆ ｒｂ ｕ ｈ ｅ ｓＤＣ ｔ ｒ（ ＤＣＭ ） ｔ ｅ ｐ ｌｅ ｔ ｒ ｕ ｎ ｏｓ ａ ｇ ｔ ｒ ｐ ｚ ｉａ ｘ ｉ ｔ ｎ ｓｒ ｃ ： ｏ ｒ ｓ ｌｓ ｍｏ ｏ ＢＬ ，ｈ ｕ ｓ ｏ ｑ ｅａ ｄ ｎ ｉｅ ｉ ｌ ｒ ｅｗｉ ｔａ ｅ ｏ ｄ ｌ ｃｔ ｉ ｓ ｈ ｅ ａｏ ａ ｄ ｌ ｗ ｔ ｉ ｕ ｏ ｄ ｌ ｘ ｉａ ｉｎ ｎ ｏ ｗｉｈ ｓｎ ｓ ｉ ａ ｅ ｃｔ ｔ ．Ａ ｏ ＢＩ ＤＣＭ ｒｖ ｒｗｉｈ ｔ ａ ｅ ｏ ｄ ｌ ｎ ｉ ｕ ｏ ｄ ｌｃ ｍｐ ｕ ｄ ｅ ｃｔ ｔ ｎ ｂ ｓ ｄ ｄ ｉ ｅ ｔ ｒ ｐ ｚ ｉ ａ ｄ ｓｎ ｓ ｉａ ｏ ｏ ｎ ｘ ｉ ｉ ａ ｅ ａ ａｏ ｏ ａ ｌ ｅ ｓ ｒ ｓｇ ａ ｓ ｗａ ｒ ｓ ｎ ｅ ． Ｗ ｉｈ ｕ ｄｆ ｉ ｇ ｈ ｒ ｗａ ｅ ｃｒ ｕ ｔ ｔ ｅ ｃ ｍｐ ｕ ｄ ｄ ｉｅ ｏ ＤＣＭ ｎ ｈ ｌ ｓ ｎ ｏ ｉｎ ｌ ｓ ｐ ｅｅ ｔｄ ｔ ｏ ｔｍｏ ｉｙｎ ａ ｄ ｒ ｉｃ ｉ， ｈ ｏ ｏ ｎ ｒｖ ｒ ｆ ｒ ＢＬ
直流无刷电机的正弦波控制
直流无刷电机的正弦波控制传统的直流无刷电机采用方波控制方式，控制简单，容易实现，同时存在转矩脉动、换相噪声等问题，在一些对噪声有要求的应用领域存在局限性。
针对这些应用，采用正弦波控制可以很好的解决这个问题。
直流无刷电机的正弦波控制简介直流无刷电机的正弦波控制即通过对电机绕组施加一定的电压，使电机绕组中产生正弦电流，通过控制正弦电流的幅值及相位达到控制电机转矩的目的。
与传统的方波控制相比，电机相电流为正弦，且连续变化，无换相电流突变，因此电机运行噪声低。
根据控制的复杂程度，直流无刷电机的正弦波控制可分为:简易正弦波控制与复杂正弦波控制。
(1)简易正弦波控制:对电机绕组施加一定的电压，使电机相电压为正弦波，由于电机绕组为感性负载，因此电机相电流也为正弦波。
通过控制电机相电压的幅值以及相位来控制电流的相位以及幅值，为电压环控制，实现较为简单。
(2)复杂正弦波控制:与简易正弦波控制不同，复杂的正弦控制目标为电机相电流，建立电流环，通过直接控制相电流的相位与幅值达到控制电机的目的。
由于电机相电流为正弦信号，因此需要进行电流的解耦操作，较为复杂，常见的为磁场定向控制(FOC)及直接转矩控制(DTC)等。
本文将主要介绍简易正弦波控制的原理及其实现。
简易正弦波控制原理简易正弦波控制即通过控制电机正弦相电压的幅值以及相位达到控制电机电流的目的。
通常通过在电机端线施加一定形式的电压来使绕组两端产生正弦相电压。
常见的生成方式为:正弦PWM以及空间矢量PWM。
由于正弦PWM原理简单且便于实现，因此简易正弦波控制中通常采用其作为PWM生成方式。
图1为BLDC控制结构图，其中Ux、Uy、Uz为桥臂电压，Ua、Ub、Uc为电机绕组的相电压，以下对于不同种类的PWM调制方式的介绍将基于此结构图进行。
图1 直流无刷电机控制框图(1)三相正弦调制PWM三相SPWM为最常见的正弦PWM生成方式，即对电机三个端线施加相位相差120度的正弦电压信号，由于中性点为0，因此电机相电压也为正弦，且相位与施加的正弦电压相同。
高效率BLDC无刷直流电机控制原理、控制设计计算方法及步骤(图文并茂详解)
高效率BLDC无刷直流电机控制原理、控制设计计算方法及步骤（图文并茂详解）一、空载时间插入与补充：1、大多数BLDC电机不需要互补的PWM、空载时间插入或空载时间补偿。
2、可能会要求这些特性的BLDC应用仅为高性能BLDC伺服电动机、正弦波激励式BLDC电机、无刷AC、或PC同步电机。
3、控制算法许多不同的控制算法都被用以提供对于BLDC电机的控制。
4、典型做法是，将功率晶体管用作线性稳压器来控制电机电压。
当驱动高功率电机时，这种方法并不实用。
5、高功率电机必须采用PWM控制，并要求一个微控制器来提供起动和控制功能。
二、BLDC无刷直流电机控制原理：1、无刷电机属于自换流型（自我方向转换），因此控制起来更加复杂。
2、BLDC电机控制要求了解电机进行整流转向的转子位置和机制。
3、对于闭环速度控制，有两个附加要求，即对于转子速度或电机电流以及PWM信号进行测量，以控制电机速度以及功率。
4、BLDC电机可以根据应用要求采用边排列或中心排列PWM信号。
5、大多数应用仅要求速度变化操作，将采用6个独立的边排列PWM信号。
这就提供了最高的分辨率。
6、如果应用要求服务器定位、能耗制动或动力倒转，推荐使用补充的中心排列PWM信号。
7、为了感应转子位置，BLDC电机采用XXX效应传感器来提供绝对定位感应。
这就导致了更多线的使用和更高的成本。
无传感器BLDC控制省去了对于传感器的需要，而是采用电机的反电动势（电动势）来预测转子位置。
8、无传感器控制对于像风扇和水泵这样的低成本变速应用至关重要。
9、在采用BLDC电机时，冰箱和空调压缩机也需要无传感器控制。
三、BLDC高效率无刷直流电机控制算法方法及步骤：1、提供的三项功能：⑴、用于控制电机速度的PWM电压;⑵、用于对电机进整流换向的机制;⑶、利用反电动势或传感器来预测转子位置的方法;2、脉冲宽度调制仅用于将可变电压应用到电机绕组。
有效电压与PWM占空比成正比。
3、当得到适当的整流换向时，BLDC的扭矩速度特性与以下直流电机相同。
bldc正弦波控制
bldc正弦波控制摘要：一、前言二、BLDC 正弦波控制介绍1.BLDC 的定义2.正弦波控制的优势三、BLDC 正弦波控制原理1.电机结构2.正弦波控制策略3.控制器的功能四、BLDC 正弦波控制应用领域1.工业自动化2.电动汽车3.家电产品五、BLDC 正弦波控制的发展趋势1.高效率2.低噪音3.智能化六、结论正文：一、前言无刷直流电机（BLDC）正弦波控制是一种高效、节能、噪音低的电机控制策略。
随着工业自动化、电动汽车以及家电产品等领域的迅速发展，BLDC 正弦波控制技术在这些领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍BLDC 正弦波控制的原理、应用及发展趋势。
二、BLDC 正弦波控制介绍1.BLDC 的定义无刷直流电机（BLDC）是一种采用电子换向技术替代传统碳刷换向的直流电机。
它具有较高的运行效率、较长的使用寿命和较低的噪音。
2.正弦波控制的优势BLDC 正弦波控制可以实现对电机的高效、精确控制，提高电机性能。
与传统方波控制相比，正弦波控制具有更优越的性能，如较低的电磁噪音、更平稳的转矩输出等。
三、BLDC 正弦波控制原理1.电机结构BLDC 电机主要由定子、转子、电子换向器和控制器等部分组成。
其中，电子换向器负责为转子提供三相交流电源，控制器负责控制电子换向器的换向，从而实现对电机的控制。
2.正弦波控制策略BLDC 正弦波控制策略主要是通过调整电子换向器的换向时间，使电机运行在正弦波形电流状态，从而实现对电机的高效、精确控制。
3.控制器的功能控制器负责计算正弦波形电流的脉冲宽度调制（PWM）信号，并根据电机的实际运行状态调整PWM 信号的占空比，从而实现对电机的速度、转矩等参数的精确控制。
四、BLDC 正弦波控制应用领域1.工业自动化BLDC 正弦波控制在工业自动化领域得到了广泛应用，如机器人、输送带、压缩机等。
它能够提高设备的运行效率、降低维护成本，并满足高精度控制的需求。
2.电动汽车BLDC 正弦波控制在电动汽车领域也有着广泛的应用，如电动助力转向、空调压缩机、油泵等。
直流无刷电机简易正弦波控制
类控制方式为线电压控制。
见图2：图3 开关损耗最小正弦PWM端线电压其中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。
4．直流无刷电机简易正弦波控制的实现4.1 系统结构图4 系统框图系统结构如图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，得到可为分段函数，与为正的实现：因此即图5 BLDC霍尔传感器输出与反电势之间的关系采用开关损耗最小正弦PWM控制BLDC时时，电机端线电压与霍尔传感器输出之间的关系示意图如图6。
图6 采用开关损耗最小正弦PWM时，端线电压与霍尔状态的关系由图2可知，采用开关损耗最小正弦PWM时电机端线电压超前于相电压30°，因此可得采用正弦波控制时电机相电压与反电势同步。
由于相电压超前于相电流，因此相电流滞后于反电势。
4.4 转速计算转速计算依赖于霍尔传感器，理想状态下相邻两个霍尔状态的间隔为60°，实际应用中由于存在安装误差，实际间隔并非60°，会引入计算误差。
本文档中采用一个霍尔传感器的输出作为转速计算参考，如图7所示。
其中高低电平分别为180度，不会引入安装误差。
利用此信息即可计算电机转速。
图7 转速计算计算公式如下：。
其中：f为电频率，P为电机极对数4.5 角度估算与方波控制不同，正弦波控制中角度为连续变化，而BLDC中常见的3个霍尔传感器仅仅能提供6个角度信息，即0°，60°，120°，180°，240°，300°，其他角度信息无法直接获得。
bldc正弦波控制
bldc正弦波控制
BLDC (Brushless DC) 正弦波控制是一种用于驱动无刷直流电机的控制方法。
正弦波控制通过产生一个类似正弦波的电流来控制电机的转速和位置。
BLDC电机由三个相互差120度的线圈组成，这些线圈也被称为相。
每个相都需要正弦波形式的电流来驱动。
为了产生这些正弦波形的电流，需要使用一种称为电调器的电子设备。
BLDC正弦波控制的流程如下：
1. 传感器检测：使用位置传感器（通常是霍尔效应传感器）来检测转子的位置。
2. 位置检测：根据传感器的反馈信息确定转子的位置。
3. 电调器信号生成：根据转子的位置信息，控制电调器生成相应的正弦波形电流。
4. 电流控制：将正弦波形电流送入每个线圈以控制电机。
5. 转速和位置控制：通过改变正弦波形电流的振幅和频率，以控制电机的转速和位置。
BLDC正弦波控制的优点是可以提供平稳的转速和位置控制，减少功耗和噪声，并且增加电机的效率。
与传统的方波控制相比，BLDC正弦波控制可以减少谐波产生，提供更好的运动平滑性和精准性。
无刷直流电动机的方波与正弦波驱动
1 无刷直流电动机 ( BLDCM )
传统的电动机分成同步电动机 (SM ) 、 异步电动 机(I M ) 和直流电动机 (DCM ) 三大类。 它们的基本 特点和区别可以这样描述: ( 1) 同步电动机的转子转 速由供电交流电源的频率决定, 增大负载时转子速 度不变。 或者说转子角速度与交流电源的角频率同 ( 2) 异步电动机的转子转速也主要取决于供电交 步。 流电源的频率, 但转子角速度只有在理想空载情况 下才与电源角频率同步, 实际上总小于同步角速度, 即有一定的转差, 且转差随负载增加而增大。 ( 3) 直 流电动机的转子转速取决于加在电枢上直流电压的 值, 负载增大时, 转速也随着下降。 异步电动机为鼠 笼型结构, 没有电刷; 小容量同步电动机大部分为永 磁转子结构, 也没有电刷; 传统的直流电动机则无一 例外地都是有刷结构。 因为电刷和换向器是直流电
3理论上讲具有方波emf动机在绕组也是方波电流的作用下可以产生恒定无脉动的电磁转矩但是由于换向过程的影响绕组电流在大部分实际运行过程中与方波相距甚远再加上emf波形也总与理想的平顶波有一定的差距所以实际的方波emf电动机在方波驱动方式运行时运行平稳性未见得有所改善
无刷直流电动机的方波与正弦波驱动 王宗培 韩光鲜 程 智, 等
设计与研究・D ES IGN ” RESEARCH
无刷直流电动机的方波与正弦波驱动
王宗培1 , 韩光鲜2 , 程 智1 , 程树康2
( 11 珠海运控电机有限公司, 广东 珠海 519001; 21 哈尔滨工业大学, 黑龙江 哈尔滨 150001)
摘 要: 采用电子换向取代机械换向的 BLDCM , 绕组电流除了与传统的 DCM 一样接近方波以外, 还可以是正弦 波, 都是有 DCM 的特性, 都属于 BLDCM 。 二种驱动方式的机械特性和转矩特性相接近, 但运行平衡性、 调速范围 和噪声等则很不一样。正弦波驱动要好得多。目前正弦波驱动 BLDCM 多用于要求高的伺服系统, 价格甚高, 这不 会影响正弦波驱动应是 BLDCM 的重要发展方向。 关键词: 无刷直流电动机; 方波驱动; 正弦波驱动; 转矩脉动 中图分类号: TM 381 文献标识码: A 文章编号: 1001- 6848 ( 2002) 06- 0003- 04
bldc正弦波控制
bldc正弦波控制【实用版】目录1.BLDC 正弦波控制的概述2.BLDC 正弦波控制的原理3.BLDC 正弦波控制的优点4.BLDC 正弦波控制的应用5.BLDC 正弦波控制的未来发展趋势正文一、BLDC 正弦波控制的概述BLDC，全称为 Brushless Direct Current，即无刷直流电机。
BLDC 正弦波控制是一种应用于无刷直流电机的高效控制策略，通过正弦波形来调整电机的转速和转矩。
相较于传统的直流电机控制方式，BLDC 正弦波控制在性能上具有明显优势，因此在许多领域得到了广泛应用。
二、BLDC 正弦波控制的原理BLDC 正弦波控制的核心思想是通过对电机电流进行正弦波形调整，实现对电机转速和转矩的精确控制。
具体来说，首先需要对电机的反电动势进行采集和处理，得到电机的转速和转矩信息。
然后，根据预设的转速和转矩要求，生成相应的正弦波电流信号，并将其作用于电机，从而实现对电机的精确控制。
三、BLDC 正弦波控制的优点1.高效节能：相较于传统的直流电机控制方式，BLDC 正弦波控制在电机转矩和转速的调节上更加精确，可以有效降低电机的能耗，提高能源利用效率。
2.控制精度高：通过对电机电流的正弦波形调整，BLDC 正弦波控制能够实现对电机转速和转矩的精确控制，满足各种高精度定位和速度控制的需求。
3.系统稳定性好：BLDC 正弦波控制通过对电机反电动势的实时采集和处理，能够有效提高系统的稳定性，降低因电机参数变化等因素引起的系统波动。
四、BLDC 正弦波控制的应用BLDC 正弦波控制在许多领域都有广泛应用，如工业自动化、家用电器、电动汽车等。
尤其是在工业自动化领域，BLDC 正弦波控制可以实现对电机的高精度控制，提高生产效率和产品质量，降低生产成本。
五、BLDC 正弦波控制的未来发展趋势随着科技的不断进步，BLDC 正弦波控制在电机控制领域具有巨大的发展潜力。
未来，BLDC 正弦波控制将在以下几个方面进行深入研究和应用：1.控制策略的优化：通过引入智能优化算法，进一步提高 BLDC 正弦波控制的控制精度和系统稳定性。
直流无刷电机正弦波控制原理
加入谐波之后的磁链轨迹 ，明显看出电压利用率变 高，调制的范围变宽
Space Vector Trajectory 400 300 200 100
0 -100 -200 -300 -400
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500
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补充：正弦波PWM的产生
简易正弦波电机控制
报告人：谢辰
无刷直流电机换向原理 电机的简易正弦波控制简介 控制原理 三相简易空间矢量PWM仿真 三次谐波注入 直流无刷简易正弦波控制实现
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无刷直流电机换向原理
1.电机结构
细的红黄绿三条线是霍 尔，以空间角度60度的 间隔嵌在定子上
定子
转子
粗的红黄绿三条线是三 相电源线，和定子上的 绕组相连
B
Ksin(t 120)
A
Ksin(t)
B net
Ksin(t 240 ) C
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简易正弦波控制简介
直流无刷电机的正弦波控制即通过对电机绕组 施加一定的电压,使电机绕组中产生正弦电流,通过控 制正弦电流的幅值及相位达到控制电机转矩的目。
优点：与传统的方波控制相比,电机相电流为正弦,且 连续变化,无换相电流突变,因此电机运行噪声低
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三次谐波注入
除了可以注入三次谐波以外，还可以注入其他3倍频于正弦波信号的其他 波形，这些信号都不会影响线电压。这是因为，经过PWM调制后逆变电路 输出的相电压也必然包含相应的3倍频于正弦波信号的谐波，但在合成线 电压时，各相电压中的这些谐波将互相抵消，从而使线电压仍为正弦波。
加入谐波之后的相电流波 形仍然为正弦波
单相正弦波(BLDC)无刷电机驱动方案
三、CC6420与MLX90287对比二、EC 单相正弦波无刷电机一、单相正弦波驱动芯片单相正弦波方案CC6420完全替代MLX90287更多资料扫一扫1 CC6420 单相正弦波马达驱动芯片特性内置可调增益高灵敏度霍尔传感器效率高，采用控制专利技术实现零电流换相（ZCS）和零磁场换相（ZBS）噪声低，采用SVPWM 技术实现对电机的正弦波控制，降低了电磁噪声PWM 调速带最小转速设定驱动能力强，RDSON 为1.5 欧姆，最高可达450mA工作电压范围宽，3.5V to 18VRD 报警和FG 计数功能可选保护功能强，电源反接保护，过热保护，锁转保护，H 桥限流保护根据环境磁场强度自适应增益控制智能软启动，降低电机启动电流，降低对电源的冲击ESD (HBM) 6000V应用单线圈直流无刷马达单线圈直流无刷散热风扇2 EC单相正弦波无刷BP6513G+CC6420电机驱动方案特性内置可调增益高灵敏度霍尔传感器效率高，采用控制专利技术实现零电流换相（ZCS）和零磁场换相（ZBS）内置mos。
AC2220V/AC110V工作低噪音，正弦波外围简单，成本低单线圈马达3 CC6420对比MLX90287测试效果3.1 芯片内部框架图3.2 CC6420电压输出波形/MLX90287电压输出波形CC6420内部处理电路采用高频三角波信号对放大后的霍尔电压信号进行调制产生PWM信号，产生的PWM信号用于驱动风扇线圈。
下图中OUT1 & OUT2为线圈端电压波形。
由于风扇线圈自身的感抗，线圈的工作电流波形将呈现正弦波状态。
这种工作方式是采用CC6420的风扇效率大幅高于MLX92087的根本原因。
仅仅通过降低RDSON无法大幅提高风扇效率。
MLX90287输出电压波形在换相时引入短时间的PWM波，其工作电流呈现梯形波状态。
梯形波的工作电流本质上仍然是开关工作状态，在换相切换时，会损耗多余的能量。
下图的工作电流波形图为VDD端口的电流波形。
直流无刷电机简易正弦波控制
1．前言随着控制技术的发展以及社会对节能要求的提高，直流无刷电机作为一种新型、高效率的电机被得到了广泛的应用。
传统的直流无刷电机采用方波控制方式，控制简单，容易实现，同时存在转矩脉动、换相噪声等问题，在一些对噪声有要求的应用领域存在局限性。
针对这些应用，采用正弦波控制可以很好的解决这个问题。
2．直流无刷电机的正弦波控制简介直流无刷电机的正弦波控制即通过对电机绕组施加一定的电压，使电机绕组中产生正弦电流，通过控制正弦电流的幅值及相位达到控制电机转矩的目的。
与传统的方波控制相比，电机相电流为正弦，且连续变化，无换相电流突变，因此电机运行噪声低。
根据控制的复杂程度，直流无刷电机的正弦波控制可分为：简易正弦波控制与复杂正弦波控制。
（1）简易正弦波控制：对电机绕组施加一定的电压，使电机相电压为正弦波，由于电机绕组为感性负载，因此电机相电流也为正弦波。
通过控制电机相电压的幅值以及相位来控制电流的相位以及幅值，为电压环控制，实现较为简单。
（2）复杂正弦波控制：与简易正弦波控制不同，复杂的正弦控制目标为电机相电流，建立电流环，通过直接控制相电流的相位与幅值达到控制电机的目的。
由于电机相电流为正弦信号，因此需要进行电流的解耦操作，较为复杂，常见的为磁场定向控制（FOC）及直接转矩控制（DTC）等。
本文将主要介绍简易正弦波控制的原理及其实现。
3．简易正弦波控制原理简易正弦波控制即通过控制电机正弦相电压的幅值以及相位达到控制电机电流的目的。
通常通过在电机端线施加一定形式的电压来使绕组两端产生正弦相电压。
常见的生成方式为：正弦PWM以及空间矢量PWM。
由于正弦PWM原理简单且便于实现，因此简易正弦波控制中通常采用其作为PWM生成方式。
图1为BLDC控制结构图，其中Ux、Uy、Uz为桥臂电压，Ua、Ub、Uc为电机绕组的相电压，以下对于不同种类的PWM调制方式的介绍将基于此结构图进行。
图1 直流无刷电机控制框图（1）三相正弦调制PWM三相SPWM为最常见的正弦PWM生成方式，即对电机三个端线施加相位相差120度的正弦电压信号，由于中性点为0，因此电机相电压也为正弦，且相位与施加的正弦电压相同。
直流无刷电机的正弦波控制
直流无刷电机的正弦波控制直流无刷电机（BLDC）是一种高效、可靠且广泛应用于各种领域的电机。
正弦波控制是一种常用的控制方法，可以提供更平滑、高效的电机运行。
正弦波控制的基本原理是通过调整电机的相电流，使其与正弦波形相匹配。
这种控制方法可以减少电机的振动和噪音，并提高其效率和性能。
在正弦波控制中，首先需要获取电机的位置信息。
这可以通过使用位置传感器（如霍尔传感器）或无传感器（传感器）的方法来实现。
位置信息可以用于确定电机的转子位置，从而确定相电流的相位。
一旦获取了位置信息，就可以根据所需的转速和负载要求来计算相电流的大小和相位。
这可以通过使用控制算法（如PID控制）来实现。
控制算法将根据电机的实际位置和所需位置之间的差异来调整相电流的大小和相位，以实现精确的控制。
正弦波控制还可以通过使用逆变器来实现。
逆变器将直流电源转换为交流电源，并提供所需的正弦波形。
逆变器的输出将通过功率放大器传递给电机的相线圈，从而控制电机的运行。
正弦波控制具有许多优点。
首先，它可以提供更平滑的电机运行，减少振动和噪音。
其次，它可以提高电机的效率和性能，使其在不同负载条件下都能保持稳定的运行。
此外，正弦波控制还可以提供更高的转矩和更广泛的速度范围。
然而，正弦波控制也存在一些挑战。
首先，它需要准确的位置信息和复杂的控制算法，以实现精确的控制。
其次，逆变器和功率放大器的设计和实现也需要一定的技术知识和经验。
此外，正弦波控制的成本通常较高，因为它需要更复杂的硬件和软件。
正弦波控制是一种高效、可靠的直流无刷电机控制方法。
它可以提供更平滑、高效的电机运行，并具有更好的性能和稳定性。
然而，它也需要准确的位置信息和复杂的控制算法，以及相应的硬件和软件支持。
随着技术的不断发展，正弦波控制在各个领域的应用将会越来越广泛。
怎么辨别电动车的控制器是方波的还是正弦波的？
怎么辨别电动车的控制器是方波的还是正弦波的？
无刷直流电机是电机与控制技术相结合的产品，电调控制电机的运行，从电流驱动的角度看，无刷直流电机可以分为方波驱动和正弦波驱动。
通常我们将方波驱动的电机称之为无刷直流电机（BLDC），正弦波驱动的电机称之为永磁同步电机（PMSM）。
无刷直流电机和永磁同步电机的基本结构相同，主要区别在于控制器电流驱动方式不同。
无刷直流电机是方波电流驱动，永磁同步电机是正弦波电流驱动。
我们要将电机的气隙磁密波形与驱动电流波形相匹配，才能发挥出电机更好的性能。
因此，无刷直流电机的气隙磁密波形也要设计成方波，而永磁同步电机气隙磁密波形则要设计成正弦波。
无刷直流电机和永磁同步电机在性能上，在转矩平稳上存在着较大的差异。
电机运行时的转矩波形有许多因素造成，齿槽效应是无刷直流电机和永磁同步电机转矩波动的共同因素。
目前减小齿槽效应的措施也有多种，常见的如定子斜槽、转子斜极、分数槽等。
在理想情况下，无论是无刷直流电机还是永磁同步电机，电流与转矩的特性曲线是呈线性变化的，不管电机运转在任何位置都不会有转矩波动。
在实际情况下，由于无刷直流电机的绕组存在电感，它妨碍了电流的快速变化。
在换相过程中，电流从最大值到最小值、最小值到最大值
切换过程需要一定时间。
因此，输入到无刷电机中的电流波形是梯形而不是矩形的。
正是这种偏离导致无刷直流电机存在换相转矩波动。
在永磁同步电机中驱动器换相转矩波动几乎是没有的，它的转矩波动主要是由电流纹波造成的，而且在高速运转时，这些纹波转矩将会随着转子的惯性过滤掉。
正弦波控制无刷直流电机
无刷直流风扇电机180°正弦波控制目前的变频风扇一般采用无刷直流电机,因其无励磁绕组、无换向器、无电刷、无滑环,结构比一般传统的交、直流电动机简单，运行可靠，维护简单。
与鼠笼型感应电动机相比，其结构的简单程度和运行的可靠性大体相当，但由于没有励磁铁耗和铜耗，功率在300W以下时，其效率比同规格的交流电机高10%～20％.无刷直流电机一般采用方波驱动，采用霍尔传感器采样转子位置，以此为基准信号控制绕组强制换相。
这种方案控制方法简单,成本低，在目前电动车方案中应用广泛。
但由于方波驱动换相时会出现电流突变，导致转矩脉动较大，转动不平稳，噪声指标较差,难以在家电应用领域推广.而正弦驱动可以避免换相时的电流突变，虽然最大转矩会降低，但在噪声指标上有明显的优势.通常电机变频控制都采用DSP实现,还需要提供传感器精确检测转子位置,可实现高精度控制，但DSP方案开发成本和应用成本都很高，家电应用对价格非常敏感，传统的DSP电机矢量控制方案比较难推广。
由于某些家电应用对动态响应等性能要求不高，如风扇，可以用稍微降低性能但大幅度降低成本的方案来代替DSP方案。
本文提出了8位单片机的正弦波驱动方案来满足这种需求.硬件选型1 正弦波信号产生本方案控制核心为一颗集成PWM发生器的8位单片机——中颖SH79F168，其内部框图如图1所示。
此MCU 采用优化的单机器周期8051内核,内置16KB闪存,兼容传统8051所有硬件资源,但最高指令执行速度提高12倍，采用JTAG在线仿真方式，内置16。
6MHz振荡器，同时扩展了如下功能：双DPTR指针；16位×8乘法器和16位/8除法器；3通道12位带死区控制PWM，6路输出，输出极性可单独设定，提供中心对齐和边沿对齐模式；集成故障检测功能,可瞬时关闭PWM输出；内置放大器和比较器，可用作电流放大采样和过流保护；提供硬件抗干扰措施,例如PC指针溢出复位等；提供Flash自编程功能,可以模拟用做EEPROM，方便存储参数.图1 MCU内部框图由于集成PWM发生器和电流放大/比较器,一颗SH79F168就可以完成所有控制功能，而且采用8051内核，上手容易。
梯形波与正弦波反电势无刷直流电机特性分析
梯形波与正弦波反电势无刷直流电机 梯形波与正弦波反电势无刷直流电机 特性分析 特性分析
2 2 2
I aBLAC = − I cBLAC =
I 0 (4U − 3E ) 2U + 3E + 6 I 0 R
3.2 AC 相导通运行区 当 B 相电流衰减到零，电机进入 AC 相导通运 行区。此时只有 A、C 两相有电流流过，其等效电 路见图 4。由 3.1 的分析可见，在换相运行区， BLDCM 与 BLACM 电流的有统一的电流解析表达 式，这是因为换相运行区时间很短，将反电势近似
Abstract: The characteristics of the BLDCM with a trapezoidal back emf or a sinusoidal back emf is
researched. The differences of mechanical characteristic, current shape and ripple torque are analyzed. The reason of the difference in current shape and ripple torque is showed by the mathematical derivation. The ideal trapezoidal back emf to the BLDC is difficult to achieve in practice, so the contents of this study has some significance for the BLDC design and control.
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无刷直流风扇电机180°正弦波控制
目前的变频风扇一般采用无刷直流电机，因其无励磁绕组、无换向器、无电刷、无滑环，结构比一般传统的交、直流电动机简单，运行可靠，维护简单。
与鼠笼型感应电动机相比，其结构的简单程度和运行的可靠性大体相当，但由于没有励磁铁耗和铜耗，功率在300W以下时，其效率比同规格的交流电机高10%～20%。
无刷直流电机一般采用方波驱动，采用霍尔传感器采样转子位置，以此为基准信号控制绕组强制换相。
这种方案控制方法简单，成本低，在目前电动车方案中应用广泛。
但由于方波驱动换相时会出现电流突变，导致转矩脉动较大，转动不平稳，噪声指标较差，难以在家电应用领域推广。
而正弦驱动可以避免换相时的电流突变，虽然最大转矩会降低，但在噪声指标上有明显的优势。
通常电机变频控制都采用DSP实现，还需要提供传感器精确检测转子位置，可实现高精度控制，但DSP方案开发成本和应用成本都很高，家电应用对价格非常敏感，传统的DSP电机矢量控制方案比较难推广。
由于某些家电应用对动态响应等性能要求不高，如风扇，可以用稍微降低性能但大幅度降低成本的方案来代替DSP方案。
本文提出了8位单片机的正弦波驱动方案来满足这种需求。
硬件选型
1 正弦波信号产生
本方案控制核心为一颗集成PWM发生器的8位单片机——中颖SH79F168，其内部框图如图1所示。
此MCU 采用优化的单机器周期8051内核，内置16KB闪存，兼容传统8051所有硬件资源，但最高指令执行速度提高12倍，采用JTAG在线仿真方式，内置16.6MHz振荡器，同时扩展了如下功能：双DPTR指针；16位×8乘法器和16位/8除法器；3通道12位带死区控制PWM，6路输出，输出极性可单独设定，提供中心对齐和边沿对齐模式；集成故障检测功能，可瞬时关闭PWM输出；内置放大器和比较器，可用作电流放大采样和过流保护；提供硬件抗干扰措施，例如PC指针溢出复位等；提供Flash自编程功能，可以模拟用做EEPROM，方便存储参数。
图1 MCU内部框图
由于集成PWM发生器和电流放大/比较器，一颗SH79F168就可以完成所有控制功能，而且采用8051内核，上手容易。
设计原理
整个系统采用SH79F168为主控MCU，MCU输出的PWM信号直接和功率模块连接，控制功率管的通断。
同时MCU还负责电压电流ADC检测，霍尔位置检测，速度给定输入转换，实际转速信号输出以及电机控制算法等功能，结构如图2所示。
图2 控制部分结构图
功率部分采用智能功率模块，可用MCU输出信号直接控制，PCB Layout时需注意snubber电容要尽量靠近SPM，减小引线电感，同时自举升压二极管需选用高耐压快恢复二极管，结构如图3所示。
图3 功率部分结构图
霍尔相序自动测定
为了实现自动判别霍尔（Hall）输出信号与转子磁动势的位置关系，常采用的办法是给二相绕组持续通电，让转子固定在某个位置，记录下对应的Hall信号值。
但这种方法有缺陷，定子合成磁势的方向正好和霍尔位置重叠，这样可能导致误判。
本方案采用另外一种方法避开解决此问题，采用三相通电，这样定子合成磁势的方向刚好与霍尔位置错开30°电角度，确保了读到的霍尔值的准确性。
正弦波控制方式
得知Hall输出信号与转子磁动势位置的关系之后，可以产生正六边形的旋转磁场，如图4所示，AB相绕组通电，产生图中合成磁势Fa，由于Fa的牵引，Ff将会顺时针旋转，旋转到X位置后，换成给AC相通电，则Fa顺时针跳跃60°电角度，牵引Ff顺时针旋转60°，依次类推，通电顺序按照AB-AC-BC-BA-CA-CB-AB 循环，则带动永磁转子顺时针旋转。
这就是传统的方波控制方式。
图4 二极三相绕组示意图
由电机基础理论可知：T=K*Fa*Ff*sinθ。
式中K为常数，Ff为定子合成磁动势，Fa为转子磁动势，θ为定子磁动势和转子磁动势的夹角，显然θ=90°时转矩最大。
方波控制以六步运行，θ在60°〜120°之间变化，因此不是恒定转矩，正弦波控制的目的就是控制定子磁链方向，尽量保持定子磁链方向和转子磁
链方向垂直。
(这也就是DSP矢量控制追求的目标——定子磁链定向控制)。
这样转矩最大且恒定，没有转矩脉动。
要想获得上述效果，需要知道转子精确位置，采用光电编码盘定位准但成本高，家电应用中负载确定，电机转速不会突变，因此本方案采用目前无刷电机标配的霍尔传感器来检测转子位置。
60°电角度内认为转子速度恒定，转子位置采用软件模拟定位。
转子旋转360°电角度，霍尔传感器有六种输出，在程序中作出一个360°正弦波的表，每隔60°分段，通过读取3路霍尔的当前值，软件取不同的段，取出的数据送入PWM发生器的占空比寄存器，就可以复现一个完整的360°正弦波，取表间隔时间以上一霍尔周期实际测试时间为参考动态调整。
超前换相角处理
上述方案实现的是理想状态下的电压驱动波形，只是保证电压矢量是和转子磁势方向基本垂直，实际上由于电机是感性负载，电机定子电流矢量滞后于定子电压矢量，因此定子磁势也滞后于定子电压矢量，也就是说，如果按照上述SPWM波形驱动电机，定子磁势和转子磁势夹角将小于90°，电机转矩不是最大，定子电流存在直轴分量，产生去磁效应，导致控制器的功率因素不高，因此需要加入超前换相处理。
以便定子磁势和转子磁势夹角尽量接近90°。
软件实现很简单，只要在做正弦表时，将初始角度超前就可以，无须更改软件结构。
如何调速
正弦波频率是根据Hall信号的变化随时调整，属于自控式被动变频，如果要调节电机速度，不能直接修改调制正弦波频率，而是修改调制波幅度，因此软件中取出的正弦表值会和外部的速度给定系数相乘后再写入PWM发生器的占空比寄存器中，调制幅度修改后，电机上等效电压变化，因此转子转速变化，而正弦调制波的频率则依据转子霍尔信号被动调整。