隨著家庭和辦公室開放式布局設(shè)計的出現(xiàn)以及日漸轉(zhuǎn)向混合動力電動汽車和電動汽車,，愈發(fā)需要更安靜、高效的電機控制,。即使是非常小的聲學(xué)差異,，也會對可聞噪聲造成顯著影響。

　　在圖 1 中,，您可以看到生活空間中的電器如何影響整體噪聲水平,。利用具有更高功率密度、更高集成度和更高效系統(tǒng)的電機控制電路等先進的實時控制技術(shù),，可幫助您實現(xiàn)更出色的系統(tǒng)聲學(xué)性能,。一些其他策略包括使用連續(xù)脈寬調(diào)制 （PWM） 的矢量磁場定向控制 （FOC） 算法,，減少振動的特定控制算法，以及應(yīng)用死區(qū)時間補償和 PWM 生成來降低可聞噪聲的集成控制,。

　　圖 1：開放式廚房和客廳的可聞噪聲

　　由于這些不同的產(chǎn)品和策略都可以降低運動控制應(yīng)用中的可聞噪聲,，因此可能很難確定哪種策略更適合您的應(yīng)用。在本文中,，我將以 BLDC 集成控制柵極驅(qū)動器為例,，列出降低運動控制應(yīng)用中可聞噪聲的三種出色方式。想要了解更多關(guān)于運動控制的內(nèi)容,，可閱讀我們運動控制系列技術(shù)文章第一篇“如何在工業(yè)驅(qū)動器中實現(xiàn)精密的運動控制”,。

　　PWM

　　用于降低電機控制應(yīng)用中可聞噪聲的第一種策略是連續(xù) PWM。PWM 是一種技術(shù),，通過導(dǎo)通和關(guān)斷晶體管來產(chǎn)生輸出波形,，從而讓電機電壓在給定時間處于高電壓或低電壓狀態(tài)。然后,，電機中的電感對這些波形進行濾波,，以便基本上平均輸出波形。調(diào)整占空比（波形導(dǎo)通時間與關(guān)斷時間之比）將改變平均電壓,。圖 2 展示了使用 PWM 生成正弦波的一個示例,。

　　圖 2：使用 PWM 生成正弦波的示例

　　例如，德州儀器 （TI） MCF8315A BLDC 集成控制柵極驅(qū)動器是一款無傳感器 FOC 電機驅(qū)動器,，可實現(xiàn)連續(xù)和非連續(xù)空間矢量 PWM 方案,。連續(xù)調(diào)制有助于減小低電感電機的電流紋波，但由于所有三個相位互相交錯,，因此會導(dǎo)致更高的開關(guān)損耗,。非連續(xù)調(diào)制的開關(guān)損耗更低（因為一次只有兩個相位互相交錯），但電流波紋更高,。在圖 3 和圖 4 中,，您可以看到連續(xù)和非連續(xù) PWM 的差異。

　　圖 3：相電流波形與快速傅里葉變換 （FFT） 非連續(xù) PWM 之間的關(guān)系

　　圖 4：相電流波形與 FFT 連續(xù) PWM 之間的關(guān)系

　　死區(qū)時間補償

　　用于降低電機控制應(yīng)用中可聞噪聲的第二種策略是死區(qū)時間補償,。在電機控制應(yīng)用中,，在半橋中高側(cè)和低側(cè)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的開關(guān)之間插入死區(qū)時間可避免發(fā)生擊穿。插入死區(qū)時間后,，相節(jié)點上的預(yù)期電壓與施加的電壓會有所不同,，相節(jié)點電壓會在相電流中引入不必要的失真，進而導(dǎo)致可聞噪聲,。

　　要管理這種額外的噪聲,，工程師可以利用諧振控制器集成死區(qū)時間補償，以便控制相電流中的諧波分量,，從而緩解因死區(qū)時間導(dǎo)致的電流失真,，如圖 5 所示,。

　　圖 5：無傳感器 FOC 死區(qū)時間補償分析

　　例如，TI 的 MCF8316A BLDC 集成控制柵極驅(qū)動器（一款無傳感器 FOC 電機驅(qū)動器）采用此內(nèi)置功能來優(yōu)化多種電機頻率下的聲學(xué)性能,，如圖 6 所示,。

　　圖 6：實施 PWM 調(diào)制和死區(qū)時間補償來優(yōu)化 MCF8316A 聲學(xué)性能

　　可變換向模式

　　用于降低電機控制應(yīng)用中可聞噪聲的最后一種策略是可變換向模式。在梯形換向中,，有兩種主要配置：120 度和 150 度,。120 度梯形換向可能會導(dǎo)致更多的聲學(xué)噪聲，因為較長的高阻抗周期會導(dǎo)致扭矩波紋增大,，如圖 7 和 8 所示,。150 度梯形換向只能在低速下運行，因為檢測過零的窗口期很短,。

　　為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)并提高聲學(xué)性能,，工程師可以構(gòu)建能夠在 120 度梯形換向和 150 度梯形換向之間動態(tài)切換的電機驅(qū)動器系統(tǒng)。這種動態(tài)調(diào)制可以改善 BLDC 電機控制期間的整體聲學(xué)性能,。

　　圖 7：相電流和 FFT - 120 度換向

　　圖 8：相電流和 FFT - 150 度換向

　　例如,，TI 無傳感器 BLDC 集成梯形控制柵極驅(qū)動器（如 MCT8329 和 MCT8316）采用此內(nèi)置功能來優(yōu)化多種電機頻率下的聲學(xué)性能，如圖 9 所示,。

　　圖 9：實施具有動態(tài)調(diào)制的可變換向模式來優(yōu)化 MCT8316A 聲學(xué)性能

　　結(jié)語

　　TI 在加大運動控制技術(shù)的投資,，助力構(gòu)建更高效的聲學(xué)敏感型系統(tǒng)，其構(gòu)建塊旨在滿足聲學(xué)要求,。當(dāng)您設(shè)計系統(tǒng)時,，請記得采用這三種出色方式來降低電機控制應(yīng)用中的可聞噪聲。

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