摘要：针对无刷直流电机方波驱动出力大．正弦波驱动转矩脉动和噪声小的特点，设计了基于霍耳传感器信号的无刷直流电机方波与正弦波复合驱动器。在不改动硬件电路的前提下，利用软件编程实现了无刷直流电机的方波驱动与正弦波驱动以及两种驱动方式间的动态切换。实验结果表明，无刷直流电机运行稳定，切换方式灵活。该设计的方波正弦波复合驱动器可以有效拓宽无刷直流电机在高精度、低噪声环境下的应用。
关键词：无刷直流电机；方波驱动；正弦波驱动无刷直流电机以其体积小、效率高、寿命长、易于维护等优点，广泛应用于家电、医疗器械、航空航天等各个领域。无刷直流电机一般采用方波驱动，出力大，但转矩脉动和噪声也比较大，影响着无刷直流电机在高精度、低噪声环境下的应用。
近年来，国内外相关文献对无刷直流电机的正弦波驱动进行了研究，当无刷直流电机采用正弦波驱动时，电机的转矩脉动和噪声要小于方波驱动。因此，本文针对无刷直流电机方波驱动出力大，正弦波驱动转矩脉动和噪声小的特点，设计了无刷直流电机方波正弦波复合驱动器，实现了无刷直流电机的方波驱动和正弦波驱动，以及两种驱动方式的动态切换。
1控制系统整体设计
驱动模式由外部的驱动模式按键状态决定，可以通过驱动模式按键来实现驱动方式的动态切换。其中，电机控制系统处理器采用微芯公司的dsPIc30F40n数字信号控制器，通过对ds P1c30F4011进行编程实现无刷直流电机的方波与正弦波的复合驱动。控制器产生的PwM信号经光电隔离后传给IR2130驱动芯片。IR2130具有独特的自举电路，一片IR2130就可以驱动一套典 。
2 方波驱动
无刷直流电机的方波驱动模式根据霍耳信号的6个状态控制电机绕组的导通与关断，相对正弦波驱动而言控制更加简单。一般采用两两导通模式，即每一时刻两相导通，每相导通120。(电角度)。dsPIc30F401l中集成了专门针对电机控制的PwM模块(McPwM)，可以方便地控制各种电机。无刷直流电机的控制主要是根据霍耳信号进行换相，而dsPIC30F4011中的PWM输出改写寄存器(ovDcoN)可以很方便地控制PwM的输出，通过修改OVDcoN寄存器的值可以很容易地实现无刷赢流电机的换相。
3 正弦波驱动
无刷直流电机的转子位置一般是通过霍耳传感器来检测的。方波驱动时只需几个离散的转子位置点即可，但要实现电机的正弦驱动，必须知道转子的准确位置。因此，如何根据霍耳信号来计算转子位置是实现无刷直流电机正弦波驱动的关键之一。
3．1转子位置检测与扇区细分
无刷直流电机位置检测为霍耳元件，其输出脉冲波形是占空比为50％的方波信号。霍耳信号脉冲波形的上升沿和下降沿代表着O和180。
(电角度)。因此，可以通过测量霍耳信号的上升沿和下降沿之间的时间差来计算电机的转速，并对扇区进行细分。
3．2 svPwM的产生
本文中无刷直流电机的正弦波驱动采用SVPwM调制方式，由霍耳信号来进行扇区选择。
dsPIc30F4011具有DsP高速运算的特点，同时具有专门针对电机控制的PWM模块，可以很方便地产生svPwM。sVPwM产生的总体思路为：在每次PwM的周期中断中，进行电压空间矢量的相角累加，然后根据电压空间矢量的相角判断所在的扇区，根据所在扇区计算各路PWM的占空比。
4驱动方式的切换
无刷直流电机方波驱动时采用两两导通方式，每一时刻只有2个功率管是导通的；而无刷直流电机的正弦波驱动采用三三导通模式，每一桥臂的上下2个功率管是互补导通的，每一时刻有3个功率管处于导通状态。因此，要实现无刷直流电机的方波与正弦波两种驱动方式的动态切换，就必须考虑每个时刻功率管的导通状态以及当前电机的转子位置。本文中采用软件编程的方法实现两种驱动方式的动态切换。软件切换的全部工作量都由dsPIC30F4011完成。
有一种PwM形式输出有效，至于选择哪种PwM进行输出，由外部的驱动模式按键的状态决定。考虑到正弦波驱动时电压空间矢量的相角与实际电机转子位置存在误差，当检测到外部按键变化需要进行切换时，并不立即进行切换，而是等到霍耳信号发生跳变时才进行驱动模式的切换。
因为每一次霍耳信号的跳变，表示电压空间矢量到达6个基本电压矢量中的一个，都会进行一次电压矢量相角位置的校准，如此一来可使每一次切换时，电压矢量相角与转子位置误差最小。
5 实验结果
本次试验的无刷直流电机绕组为星型连接。在实验过程中，逆变器母线电压恒定为28 V，采用电机转速闭环控制，转速恒定为486 r／min。用电流钳将电机的相电流信号转成电压信号，冉通过示波器来观察电机在不同驱动模式下的电流波形。 |
