考量驅動三相馬達(three-phase motor)的任務,如圖1所示:

20170421TA01P1 圖1三相馬達驅動採用脈衝寬度調變(PWM)。

6顆具有PWM的MOSFET被驅動,以提供有效的正弦馬達繞組激磁(winding excitation)。仔細觀察正弦波與PWM的關係如圖2:

20170421TA01P2 圖2 PWM波形展開視圖。

這樣的方式運作得很好。但是可以採用進一步的改進來降低MOSFET所需的峰值驅動幅度,以便在使用某些給定的軌道電壓時,將正弦驅動傳遞到繞組。

從向量(vector)的角度來看三個驅動器,我們可以檢查動態範圍與軌道電壓的問題。如果在圖3的中間級別存在與軌道電壓限制相衝突的向量,這會是個壞消息,但是如果我們動態地向上和向下移動向量,我們可以減緩這個問題,如圖3的底層所示。

20170421TA01P3 圖3 軌道電壓限制問題和空間向量補償:1.馬達驅動訊號的旋轉向量(典型值);2. 具有足夠的Vcc,馬達驅動向量包含在Vcc軌道範圍內;3. 如果Vcc太低,向量可能會與軌道極限相牴觸;4. 使用空間向量,可以修改馬達驅動器以保持抑制。

取代使用純正弦驅動器,我們可以寫出如下的驅動波形方程式:

**V=3SIN(THETAPI/180) IF THETA>30 THEN V=SQR(3)*SIN((THETA+30)*PI/180) IF THETA>90 THEN V=SQR(3)SIN((THETA-30)PI/180) IF THETA>150 THEN V=3SIN(THETAPI/180) IF THETA>210 THEN V=SQR(3)SIN((THETA+30)PI/180) IF THETA>270 THEN V=SQR(3)SIN((THETA-30)PI/180) IF THETA>330 THEN V=3SIN(THETAPI/180)

我們將Theta從零到360度這樣設定,並重複三個驅動器的每個循環,同時包括驅動器之間的120度相移,以說明驅動器是三相。

圖4說明了我們透過上述方程實現的優點:

20170421TA01P4 圖4 晶片輸出(上)與繞組驅動器(底部)、無空間向量(左)和空間向量(右)。

這裡,對於10V峰值的繞組至繞組電壓,由純正弦波組成的純驅動器必須達到5.7735V峰值,但是隨著修改後的驅動,此輸出到繞組的10V峰值可透過僅來自MOSFET的5V峰值驅動實現。軌道電壓牴觸將變得不是一個問題。

查看晶片輸出波形的擴展視圖,其可能是定性的啟發(圖5):

20170421TA01P5 圖5 修正波形的降低峰值。

這個簡單的例子決不是故事的結尾。關於本文提到的所謂空間向量的使用方式已有許多論文可參考,都可在Google搜尋結果中找到。