选择合适的 PWM 技术取决于我们使用的电机类型介绍

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[导读]那么，哪种 PWM 技术最适合您的电机控制应用?希望到现在为止，您已经了解 PWM 过程的用途有多么广泛，以及该过程中的细微变化如何对电机性能产生巨大影响。在之前有关该主题的文章中，我仅讨论了适用于 H 桥中直流电机的技术。但在这篇文章中，让我们将讨论扩展到多相电机。要将这些技术应用于三相逆变器，我们所要做的就是再添加一个半桥。

那么，哪种 PWM 技术最适合您的电机控制应用?希望到现在为止，您已经了解 PWM 过程的用途有多么广泛，以及该过程中的细微变化如何对电机性能产生巨大影响。在之前有关该主题的文章中，我仅讨论了适用于 H 桥中直流电机的技术。但在这篇文章中，让我们将讨论扩展到多相电机。要将这些技术应用于三相逆变器，我们所要做的就是再添加一个半桥。

现在我们有了可以驱动交流感应电机、PM 同步电机、IPM 电机和 BLDC 电机的拓扑结构。然而，我们选择的 PWM 技术将取决于我们使用的电机类型。对于 BLDC 电机，我们可以将上述三相逆变器视为三个独立 H 桥的组合：Q1、Q2、Q3、Q4，或 Q3、Q4、Q5 Q6，或 Q1、Q2、Q5、Q6。为了使 BLDC 电机换向，我们将在任何给定时间仅使用这三种 H 桥配置中的一种。选择哪种 H 桥组合取决于我们要驱动哪两个相位，以及我们要在每个换向间隔关闭哪个相位。因此，我们在 H 桥中的有刷直流电机上讨论的所有 PWM 拓扑也适用于 BLDC 电机。

当您想要通过监控电机的反电动势来控制无传感器模式下的电机时，为 BLDC 电机选择 PWM 拓扑时会出现一个额外的限制条件。在大多数情况下，我们想要测量未通电相相对于电机内部中性节点的反电动势电压。反电动势信号仅在该特定相未通电且 PWM 处于开启状态时出现。根据用于对反电动势信号进行采样的 ADC，这对 PWM 值提出了最小脉冲宽度要求，进而限制了电机可以达到的最小空载速度。事实上，我们讨论过的所有单极 PWM 都会表现出同样的局限性。

下图显示了相同的场景，但使用了4Q 双极 PWM 。随着空载速度接近零，施加的电机电压也接近零，脉冲宽度接近百分之五十。因此，双极 PWM 的 ADC 采样没有最低速度限制。另一个优点是反电动势电压在两种PWM 状态下都可见，而不仅仅是一个。

我列表中的其他多相电机是交流电机，它们通常需要由三相正弦波驱动。这意味着所有三相都同时由 PWM 信号驱动，并且没有我们关闭其中一相的任何换向周期。在这种情况下，最常用的调制技术是“中心对齐”PWM，如之前关于4Q 单极 PWM的文章中所述。

顶部面板中的图显示叠加在三角波载波顶部的正弦调制波形。接下来的两个绘图面板显示了生成的 A 相和 C 相 PWM 波形。这些是施加到 A 相和 C 相电机端子的实际电压波形。但请记住，电机是浮动负载，因此它会对其端子上的波形差异做出响应，就像 H 桥中的有刷直流电机所做的那样。因此，在绕组 A 和 C 上可以看到单极 PWM 波形，如下图所示。然而，好奇的人会想知道为什么 PWM 载波频率没有完全加倍，就像将相同的 PWM 技术应用于直流电机时一样。来自我们上一篇文章，我们了解到，为了实现完美的载波倍频，必须满足两个标准：

1. 两个 PWM 信号必须居中对齐。(看起来我们已经达到了这个标准。)

2. 两个 PWM 信号必须由极性相等、极性相反的调制波形产生。(哎呀。这就是问题所在。应用程序要求它们必须相隔 120 度，而不是调制波形异相 180 度，所有三相电机都是这种情况。)

既然我们有三个连续的 PWM 信号驱动一个三相逆变器，其他几个有趣的可能性就会出现。例如，与正弦波形相比，我们能否在调制波形中添加共模分量以增加最大有效电机电压?我们能否改变开关顺序以产生相同的有效电机电压，但减少开关损耗?你可能会通过我构建每个问题的方式看出答案显然是“是的”。但这是稍后文章的主题，当我们谈到空间矢量调制时。

在本系列的下一篇也是最后一篇文章中，我想回到再生主题并对比实现直流和交流电机再生的不同要求。