基于中颖 SH79F168 的家用风扇无刷直流电机 180°正弦波控制 

    摘要：无刷直流电动机采用方波驱动，由于换相时不可避免会产生转矩脉动，导致噪
声较大，难以在家电应用领域推广，为减小换相噪声，一般采用正弦波控制.但正弦驱动
控制电路和软件算法复杂，成本较高.本文提出了一种简易正弦波驱动方法，采用三相
120 度方波霍尔传感器作为同步信号，集成 PWM 发生器的 MCU 来控制三相全控桥，实
现直流无刷电机的 180°正弦波被动变频方案.实验证明这是一种性价比较高的正弦驱动方
法，同时内部集成自动霍尔相序识别功能，可以解决三相霍尔和电机相线装配时的对应
问题.  

    一、

 

概述

    无刷直流电机因无励磁绕组，无换向器、无电刷、无滑环，使其结构比一般传统的交、直
流电动机来得简单，运行较为可靠，维护较为简单。与鼠笼型感应电动机相比较，其结构
的简单程度和运行的可靠性大体相当。由于没有励磁铁耗和铜耗，功率在 300W 以下时，
其效率比同规格的用电流励磁的电机高 10%~20%

 

；和感应电动机相比，效率更高。

    无刷直流电机一般采用方波驱动，采用霍尔传感器获得转子位置，通过此信号强制换
相.这种方案控制方法简单，成本低，在目前电动车方案中应用广泛.但由于方波驱动换相
时会出现电流突变，导致转矩脉动较大，因此噪声指标差，难以在家电应用领域推广.而
正弦驱动可以避免换相时的电流突变，虽然最大转矩会降低，但在噪声指标上有明显的
优势. 

    通常永磁同步电机的控制都采用 DSP，并且电机需要提供光电编码盘来精确检测转子
位置，可以实现高精度控制，甚至可用在伺服系统中，但成本会很高，家电应用对价格
非常敏感，而且有些应用对性能要求不高，比如电风扇，传统的 DSP 矢量控制正弦驱动
高成本方案也比较难推广.因此本文提出的采用 8 位单片机集成 PWM 发生器的正弦驱动
方案有较高的市场价值. 

    一般正弦驱动直流无刷电机的气隙磁场是正弦波(也称为永磁同步电机)或是正弦波注入
高次谐波后的磁场波形，定子多采用分布绕组，因此反电动势也是正弦波。三路霍尔传感
器安装在转子上，每隔 60°电角度输出变化一次，以此作为正弦波的同步信号，保证没有
累积误差. 

    

 

二、硬件结构

    本方案的核心是一颗集成 PWM 发生器的 8 位单片机 SH79F168，采用优化的单机器周
期 8051 内核，内置 16k Flash 存储器，兼容传统 8051 所有硬件资源，采用 JTAG 仿真方
式，内置 16.6MHz 振荡器，同时扩展了如下功能: 

 

�

 

双 DPTR 指针. 16   

位 x 8 乘法器和 16 位/8 除法器. 

 3 

�

通道 12 位带死区控制 PWM，6 

 

路输出，输出极性可设，中心和边沿对齐模式

 

�

集成故障检测功能，可瞬时关闭 PWM 输出. 

 

�

内置放大器和比较器，可用作电流放大采样和过流保护.