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香港晶揚課堂 | PWM控制:速度嘅調音師

要控制無刷電機轉得有幾快,MCU並唔係簡單咁調整電壓高低,而係用一種叫做「PWM」(脈衝寬度調變)嘅技術。PWM就好似一個好快嘅快速開關,喺一個好短嘅時間週期入面,MCU會控制個開關開同關。如果「開」嘅時間長過「關」嘅時間,平均電壓就會高,電機就轉得快;相反,如果「開」嘅時間好短,平均電壓就低,電機就自然慢落嚟。

你可以將PWM想像成調節水龍頭出水量嘅方法。傳統方法係將水龍頭扭大扭細,但PWM就好似將個水龍頭極快咁一開一關。如果你一秒鐘開關100次,而每次開嘅時間佔一半,咁流出嚟嘅水量就係一半。對於電機嚟講,佢擁有電感呢個特性,佢對電流變化有慣性,所以佢唔會覺得電源係斷斷續續,反而會感覺到一個平穩嘅平均電壓。

PWM嘅頻率通常好高,可能達到幾十千赫茲(kHz)。呢點非常重要,因為頻率越高,電流嘅紋波就越少,電機運行就越靜音、越平順。如果頻率太低,電機可能會聽到「滋滋」聲,或者出現明顯嘅震動。MCU需要根據電機嘅參數,計算出最優嘅PWM頻率同佔空比,達到最佳控制效果。

而且,PWM技術唔單止可以控制轉速,仲可以用嚟控制扭矩。喺一些高階嘅場向量控制(FOC)算法入面,MCU會透過調節三相PWM波形嘅相位差,精準控制定子磁場嘅方向同大小,從而實現好似伺服電機咁精準嘅位置同扭矩控制。所以,PWM就係MCU手中嘅一隻魔法棒,將粗糙嘅直流電轉化成精緻嘅驅動力。

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