隨著住家與辦公室開放式概念平面圖的出現，以及朝向混合動力汽車和電動車的轉變，對於更安靜、更高效的馬達控制要求也更加顯著。即使只是一點聲音差異，也會對可聞噪音體驗造成很大影響。
在圖 1 中，可以看到生活空間中的電器如何影響整體噪音量。先進的即時控制技術可以協助您獲得更好的系統隔音性能，包括具較高功率密度、更多整合及更高效率系統的馬達控制電路。一些額外的策略包括使用連續脈衝寬度調變 (PWM) 的向量磁場定向控制 (FOC) 演算法、減少振動的特定控制演算法，以及套用失效時間補償及 PWM 產生以減少可聞噪音的整合控制。
圖 1：開放式概念廚房及客廳中的可聞噪音
若使用所有這些不同產品和策略來降低運動控制應用中的可聞噪音，可能很難了解哪種策略最適合您的應用。在本文中，我將以 BLDC 整合控制閘極驅動器為例，列出減少運動控制應用中可聞噪音的三個主要方法。
運動控制技術文章系列：第一部分
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閱讀我們的運動控制技術文章系列的第一部分「如何在工業驅動器中實現精確運動控制」。 |
PWM
減少運動控制應用中可聞噪音的第一個策略是連續 PWM。PWM 是一種透過開啟和關閉電晶體產生輸出波形的技術，進而導致馬達電壓在任何指定時間都處於高位準或低位準。然後馬達中的電感會過濾這些波形從本質上平均分配輸出波形。調整工作週期 (波形開啟時間與關閉時間的比率) 將改變平均電壓。圖 2 說明使用 PWM 產生正弦波的範例。
圖 2：使用 PWM 產生正弦波的範例
例如，TI 的 MCF8315A BLDC 整合控制閘極驅動器是一種無感測器 FOC 馬達驅動器，可實作連續和不連續空間向量 PWM 配置。連續調變有助於降低具低電感馬達的電流漣波，但會導致更高的切換損耗，因為所有三相都在切換。不連續調變具有較低切換損耗 (因為一次只能有二相切換) 但電流漣波較高。在圖 3 和圖 4 中，您可以看到連續和不連續 PWM 之間的差異。
圖 3：相位電流波形和快速傅立葉轉換 (FFT) 不連續 PWM
圖 4：相位電流波形和 FFT 不連續 PWM
失效時間補償
用於減少運動控制應用中可聞噪音的第二個策略是失效時間補償。在馬達控制應用中，在半橋中高壓側和低壓側金屬氧化半導體場效電晶體的切換之間插入失效時間可以避免直通情況。插入失效時間後，相位節點處的預期電壓和施加電壓將會不同，而相位節點電壓會在相位電流中引入不需要的失真，進而產生可聞噪音。
為了管理這種額外的噪音，工程師可以使用共振控制器整合失效時間補償，以控制相位電流中的諧波分量，進而緩解失效時間引起的電流失真，如圖 5 所示。
圖 5：無感測器 FOC 失效時間補償分析
例如，TI 的 MCF8316A BLDC 整合控制閘極驅動器是一種無感測器 FOC 馬達驅動器，它使用此內建功能將多重電子速度下的聲音效果最佳化，如圖 6 所示。
圖 6：實作 PWM 調變和失效時間補償以最佳化 MCF8316A 聲音效果
可變換向模式
適用於減少運動控制應用中可聞噪音的最後一項技術是可變換向模式。在梯形換向中，主要有兩種配置：120 度和 150 度。梯形 120 度可能會導致更多的可聞噪音，因為較長的高阻抗時期會導致扭矩漣波增加，請見圖 7 和 8。如果有偵測零交點的小視窗，150 度梯形只能在低速下運作。
為了應對這些挑戰並提高聲音性能，工程師可以建置可在 120 度梯形和 150 度梯形之間動態切換的馬達驅動器系統。這種動態調變可以改善 BLDC 馬達控制期間的整體聲音性能。
圖 7：相位電流和 FFT：120 度換向
圖 8：相位電流和 FFT：150 度換向
例如，TI 的無感測器 BLDC 整合梯形控制閘極驅動器 (例如 MCT8329 和 MCT8316) 使用此內建功能將多重電子速度下的聲音效果最佳化，如圖 9 所示。
圖 9：實作動態調變的可變換向模式以最佳化 MCT8316A 聲音效果
結論
TI 正在投資運動控制技術，以協助建置更高效率及對聲音要求嚴格的系統，其設計的建構區塊旨在符合聲音要求。當您在設計系統時，請記住減少運動控制應用中可聞噪音的三個主要方式。
