[电调]AM32电调调参系列 —— PWM Frequency参数分析

https://blog.csdn.net/qq_39312146/article/details/153959408

我们来深入解析AM32电调中 ​​PWM Frequency（PWM频率）​​ 这个核心参数。这是对电机性能、效率和噪音有决定性影响的高级设置。

​​一、核心概念：它是什么？​​
​​PWM Frequency​​ 指的是电调驱动MOSFET开关管，以多高的频率进行​​脉冲宽度调制​​。

​​技术本质​​：电调通过快速开关MOSFET，控制在一个周期内导通时间（脉冲宽度）的比例（占空比），来模拟输出不同的平均电压，从而控制电机的转速和功率。
​​单位​​：赫兹（Hz），即每秒开关的次数。例如，48kHz表示每秒开关48,000次。
​​通俗比喻​​：就像用一个高速开关快速开合水龙头，通过控制开关时间的长短比例，来模拟出从滴水到全开的不同水流大小。开关速度越快，模拟出的水流越平滑。

​​二、为什么PWM频率如此重要？​​
PWM频率的选择，本质上是​​电流平滑度（电机性能）​​ 和​​开关损耗（电调发热）​​ 之间的权衡。

​​1、电流平滑度（与电机电气频率相关）​​

1. 电机内部的电流是正弦波交流电。PWM的作用是“雕刻”出这个正弦波。
2. ​​要求​​：PWM频率必须远高于电机工作的​​电气频率​​，才能精确地合成出平滑的正弦波。
3. ​​公式​​：电气频率 (Hz) = (转速 RPM × 极对数) / 60
4. ​​经验法则​​：PWM频率应至少是电机最大电气频率的​​10倍以上​​。

​​2、开关损耗（与电调发热相关）​​

1. 每次MOSFET开关（开和关）都会产生短暂的电压和电流交叠，导致能量损耗，称为​​开关损耗​​。
2. ​​关键点​​：开关损耗与PWM频率​​成正比​​。频率越高，每秒开关次数越多，总开关损耗越大，电调发热越严重。

因此，我们的目标是：​​选择一个足够高的PWM频率，以确保电流平滑；但同时不能过高，以免电调过热。​

三、不同频率的详细表现与分析​​
以下分析基于常见的FPV无人机电机（如2306-2550KV）。

​​1. 低频范围 (24kHz及以下)​​

• ​​表现​​：
  • ​​电机噪音尖锐刺耳​​，尤其在高速时。
  • ​​电机发热严重​​。电流纹波大，导致额外的铁损和铜损。
  • ​​油门响应“软”​​，高速效率低，极速上不去。
• ​​原因​​：频率过低，无法在高电气频率下合成平滑正弦波。每个正弦波周期内PWM脉冲数太少，电流锯齿状波动大。
• ​​适用场景​​：​​基本不适用于现代FPV无人机​​。仅用于极低KV电机（如1000KV以下）。

​​2. 中频范围 (48kHz) - 【推荐甜点区】​​

• ​​表现​​：
  • ​​电机运行声音沉闷平滑​​，高频噪音显著降低。
  • ​​电机和电调温度均衡​​。在平滑度和开关损耗间取得最佳平衡。
  • ​​油门响应凌厉，效率高​​。
• ​​原因​​：对于2550KV、14极电机，最大电气频率约~5000Hz。48kHz是其近10倍，能很好地合成正弦波，同时开关损耗可控。
• ​​适用场景​​：​​绝大多数5寸及以下FPV无人机的黄金标准​​。在性能和发热间取得完美平衡。

​​3. 高频范围 (96kHz及以上)​​

• ​​表现​​：
  • ​​电机声音极其细腻、安静​​，几乎只有风噪。
  • ​​极低速线性度可能更好​​，手感更丝滑。
  • ​​电调发热量显著增加​​，对MOSFET和驱动电路要求高。
• ​​原因​​：频率非常高，电流波形近乎完美。但开关损耗成倍增加。
• ​​适用场景​​：
  • 对噪音极度敏感的航拍机。
  • 使用顶级低内阻MOSFET和高效散热的高端电调。
  • ​​必须密切监控电调温度！​

四、如何为你的电机选择最优PWM频率？​​

选择PWM频率是一个综合决策过程，需考虑电机特性、飞行风格和硬件配置，其决策逻辑可归纳为以下流程图：

1. 根据电机KV和极对数计算（以2550KV 14极电机为例）​​

• ​​最大转速​​：2550KV × 16.8V ≈ 42,840 RPM
• ​​极对数​​：14 / 2 = 7
• ​​最大电气频率​​：(42,840 RPM × 7) / 60 ≈ 5,000 Hz
• ​​所需最低PWM频率​​：5,000 Hz × 10 = 50,000 Hz (50kHz)

​​结论​​：电机需要至少50kHz的PWM频率。因此，​​48kHz是底线，96kHz是可选项​​。

2. 根据飞行风格微调​​

• ​​竞速/暴力花飞​​：优先保证电调不过热。​​48kHz​​是最安全、最性能的选择。
• ​​平稳花飞/航拍​​：若电调散热好，可尝试​​96kHz​​追求极致平滑度和静音。

​​3. 根据电调硬件选择​​

• ​​普通电调​​：老老实实用​​48kHz​​。
• ​​高端电调​​（如采用GD32F3/GD32F4系列MCU，低内阻MOSFET）：可以挑战​​96kHz​​。

五、实战设置与验证​​

1. ​​初始设置​​：对于2550KV电机，​​直接设置为48kHz​​。
2. ​​测试飞行​​：
   1. ​​听声音​​：电机运行声音应沉闷平滑，无尖锐啸叫。
   2. ​​摸温度​​：飞行后（尤其是激烈飞行后），​​用手触摸电调​​。
      1. ​​温热​​：完美。
      2. ​​烫手​​：说明开关损耗过大。应降回48kHz或检查其他设置（如进角）。
      3. ​​冰凉​​：可以尝试升级到96kHz以获得更好体验。
3. ​​高级功能​​：可启用 ​​Auto PWM Frequency / by RPM​​，让电调自动在低速时用低频率（省电），高速时用高频率（保性能）。