馬達｜基礎篇

三相無刷馬達 三相全波無刷馬達的驅動：有感測器、正弦波通電PWM驅動

2025.02.07

重點

・三相全波無刷馬達的正弦波通電驅動是各相位差為120度的正弦波驅動。

・三相全波無刷馬達的正弦波驅動由於不會像120度通電驅動那樣產生尖峰雜訊，因而在雜訊方面更具優勢。

・三相全波無刷馬達的正弦波驅動通過PWM驅動實現高效率。

目錄

繼上一篇“三相全波無刷馬達的120度通電線性電流驅動”之後，本文將介紹“三相全波無刷馬達的正弦波通電PWM驅動”。

在上一篇文章中也提到過，三相全波無刷馬達的通電方式有120度通電驅動和正弦波通電驅動兩種。相比120度通電驅動，三相全波無刷馬達的正弦波通電驅動在控制精度、效率、雜訊等方面更具優勢，但在系統的複雜性和成本方面上，三相全波無刷馬達的方波驅動則較為優異。

三相全波無刷馬達的驅動：
有感測器、正弦波通電PWM驅動電路範例

正弦波通電驅動透過由高側和低側開關組成的驅動器所具備的三相控制和驅動電路來實現驅動。以下是帶有感測器的正弦波通電PWM驅動的電路框圖和各輸入輸出波形圖範例。

其基本工作是將來自三個霍爾感測器的訊號輸入至霍爾放大器的輸入端，經過波形合成的訊號透過比較器和三角波轉換為PWM訊號，由輸出段MOSFET來驅動馬達的線圈。A1、A2、A3的PWM訊號的等效電壓為120度相位差的正弦通電波形。120度通電是120度導通60度關斷的方波通電方法，但正弦波驅動則是180度通電，由於是透過正弦波對零到最大值實施通電，因此工作更平穩，雜訊更低。另外，PWM還有助於提高效率。

三相全波無刷馬達的驅動：有感測器、正弦波通電PWM驅動電路範例

三相全波無刷馬達的驅動：
有感測器、正弦波通電PWM驅動波形範例

下面使用各波形範例進行詳細說明，先來瞭解正弦波PWM轉換。

三相全波無刷馬達的驅動：有感測器、正弦波通電PWM驅動波形範例

以前面框圖中的H1P/H1N輸入通道為例。霍爾放大器的輸出H1透過波形合成電路變為圖中紫色的正弦波M1。來自M1和三角波振盪器的三角波被輸入比較器，作為比較結果，輸出具有脈衝寬度的方波P1（比較器輸出）。P1是透過電平轉換和同時導通防止電路來控制輸出段MOSFET的閘極，從而驅動馬達線圈的PWM輸出。這種使用比較器和三角波的PWM轉換是很常見的方式，並且是很多電路中使用的方法，比如開關穩壓器的PWM生成等。

接下來，請看各輸入輸出波形。

霍爾元件電壓的輸入H1P/H1N～H3P/H3N，是以差分方式接收來自霍爾元件的訊號，並輸出H1～H3相位差120度的正弦波（參見波形圖“霍爾元件電壓波形”）。

霍爾元件電壓透過波形合成電路成為M1～M3。此時，以比原始相位超前30度以上的相位生成各波形（參見“合成波形”）。稱為“超前角”的概念將會另行詳細介紹。

如前所述，M1～M3透過比較器與三角波進行比較並被轉換為PWM訊號（參見“比較器波形P1～P3”）。

馬達線圈的電壓波形是PWM訊號，但波形圖中顯示的是等效電壓波形。可以看出等效電壓波形是正弦波驅動。

各輸入輸出波形

當然，線圈電流是正弦波。透過波形合成電路使相角超前，從而使線圈電流波形的相角總是比霍爾元件電壓（H1～H3）超前30度。這一系列的控制稱為“超前角控制”。

120度通電時，在線圈電壓波形中看到有線圈電流的ON/OFF引起的尖峰雜訊，但在正弦波通電驅動時，由於是180度通電，沒有ON/OFF，因此不會發生尖峰雜訊。

下一篇計畫介紹超前角控制的相關內容。

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三相全波無刷馬達的驅動：有感測器、正弦波通電PWM驅動
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