浅析无刷电机之FOC第8部分

        前面我们分析了FOC中SVPWM的底层操作原理，再怎么复杂的定时器架构最终也是输出脉冲信号到IO口，也就是高低电平最终用来控制MOS管的完全导通，因为不完全导通相当于接触不良，时间长了就容易内阻发热，最终烧坏MOS，所以IO口的高低电平信号经过光耦、预驱、限流电阻等等，最终是一个MOS管完全导通信号，比如把电机三相线换成电阻，就可以看到一个个的方波电压，其电流也是方波。

        由于我们的无刷电机线圈相当于电感、电阻串联体，而电阻极小，所以可以把无刷看成是电感，由于电感不允许电流突变，所以每一次SVPWM的MOS开关操作相当于给电感续流，使其稳定在每一个时刻的正弦位置。

        比如0时刻MOS全开或全关，这时候完全没有电流，就是正弦在坐标轴的0位置，随着时间推进，MOS增大PWM中开的时刻，慢慢增大到正弦波下一个时刻应该保持的电流大小，比如1位置处占空比就应该为sin(1)，约等于0.841471，即84.1%的占空比，而pi/2处则应该100%占空比导通MOS。

        SVPWM中MOS管给相线同母线电压、地线间做导通给线圈续流，因此随着定时器给IO口输出高低电平，最终到MOS管的导通，每一次开关(蓝线)都影响着电机相线(黄线)的电流，即做着微小的曲线变化，像这样。

        接着缩放波形

        再缩小

        就像前面说的，电感不允许电流像PWM一样做方波一样的开关变化，所以电流只跟着MOS的开关做微小的变化，逐渐调整占空比使电流宏观上整体按照正弦变化。

        其实DCDC开关电源也是一样的原理，MOS通断给电感、二极管续流，电流不会突变，电流&电压上升到设定值，通过反馈电阻又控制MOS的关断，整体保持着设定的输出电压&电流值，DCDC一般为了保持稳定的电压开关频率都比较快，几十K到几百K不等。只不过电源IC是保持一个设定值，而FOC是根据电机需求的电流动态保持正弦设定值。

        可能有的小伙伴迷惑了，这么说SVPWM占空比变化规律按照正弦变化，那不就是SPWM了嘛，主要是无刷没有公共端引出。这个我们后面再说。（你也可以先想想）

        前面我们说了，FOC甚至六步中，MOS都必须完全打开，而电机的相电阻都很小，这不相当于短路了嘛，因此必须控制PWM也就是IO口也就是MOS开关的频率不能太低，当然也不能太高。选用的MOS管内阻不能太高，(要么耐压低，要么电流低，要么太贵)，实在没办法就只能加散热片或者风扇了。

        一般电源IC为了电源更稳定会使用比较高的开关频率，比如mp2144达到了变态的1.2MHz开关频率。手册来源：https://www.monolithicpower.com/en/documentview/productdocument/index/version/2/document_type/Datasheet/lang/en/sku/MP2144/document_id/436

        说一下前面SVPWM占空比变化规律的问题，其实变化规律确实是没问题的，是要按着正弦的变化来调节PWM占空比，不过还有一些细节问题，比如无刷电机一般都是直流驱动，即用一个比较高的直流母线电压，通过三组半桥来驱动，因此不能按照规范的正弦波一样输出负压，所以正弦波中的波峰波谷对应母线电压和地（0电压）。

        另外鉴于NMOS结构驱动能力比PMOS强，所以无刷驱动板都是双NMOS结构的半桥，而由于NMOS的导通条件，又需要一个比母线电压更高的电压来导通上半桥的NMOS，因此又需要自举升压的预驱芯片来做桥接，即连接在隔离后的IO信号和MOS管限流电阻之间，不过双NMOS结构又需要避免上下桥同时导通造成短路，所以预驱芯片一般也都有保护功能，防止上下桥MOS同时导通，以及死区功能等。当然也有一些MCU自带的预驱电路，可以减少驱动板layout面积。

        其实有SVPWM疑问的小伙伴应该是忘记了SVPWM的六步和零矢量的特殊性，所以即便是SVPWM要按照正弦计算，那么鉴于SVPWM六步和零矢量的特殊性，也需要进一步做矢量计算，最终才能得到MOS导通的占空比，最终根据开关频率计算到定时器的比较寄存器，输出IO高低电平驱动光耦、预驱、MOS，最终带着无刷电机做FOC旋转。