2. 换相算法核心实现：状态机设计、换相表构建、PWM占空比映射、死区时间插入

换相算法，说白了就是让电机转子跟着磁场转。你想想看，无刷直流电机没有电刷，那怎么知道什么时候该给哪一相通电？答案就是靠换相算法。这一章，我带你手把手把核心逻辑搭起来。

2.1 状态机设计：换相的灵魂骨架

换相的本质是一个有限状态机。每个状态对应一组功率管的开关组合。六步换相法，就是六个状态循环跑。

我个人习惯把状态机拆成三部分：

• 状态跳转条件：霍尔信号边沿触发，或者无传感器下的反电动势过零点
• 状态动作：更新PWM占空比、切换上下桥臂
• 状态保护：非法状态检测、超时复位

我在项目中遇到过一个问题：霍尔传感器安装有偏差，导致状态跳转提前或滞后。后来我加了一个软件滤波，连续三次采样一致才跳转，问题就解决了。

2.2 换相表构建：从霍尔到功率管的映射

换相表本质上是一张查找表。输入是霍尔信号组合，输出是六路PWM的控制字。我见过有人用if-else写，代码又长又容易出错。用查表法，清晰且高效。

以三相无刷电机为例，霍尔信号有6个有效组合（另外2个是非法状态）。换相表长这样：

霍尔值 (H3 H2 H1)	上桥臂导通	下桥臂导通	换相状态编号
101	U	V	0
100	U	W	1
110	V	W	2
010	V	U	3
011	W	U	4
001	W	V	5

代码实现很简单：

// 换相表：索引为霍尔值，内容为PWM控制字
const uint16_t commutation_table[8] = {
    0x0000, // 000: 非法
    0x0024, // 001: W-V
    0x0018, // 010: V-U
    0x0000, // 011: 非法
    0x000C, // 100: U-W
    0x0006, // 101: U-V
    0x0003, // 110: V-W
    0x0000  // 111: 非法
};

2.3 PWM占空比映射：让电机转得稳

换相只是告诉电机「该哪相通电了」，但转多快，由PWM占空比决定。占空比映射，就是把速度指令换算成实际的PWM比较值。

我常用的映射方式有两种：

• 线性映射：占空比 = (目标转速 / 最大转速) × 100%。简单，但低速时扭矩不足。
• 带补偿的映射：考虑反电动势影响，低速时适当提高占空比。我一般加一个查表补偿，效果比纯线性好很多。

实际代码里，我习惯把占空比和换相状态绑定在一起更新：

void motor_commutate(uint8_t hall_value, uint16_t duty_cycle) {
    uint16_t pwm_word = commutation_table[hall_value & 0x07];
    // 将占空比写入对应通道
    TIM1->CCR1 = (pwm_word & 0x01) ? duty_cycle : 0;
    TIM1->CCR2 = (pwm_word & 0x02) ? duty_cycle : 0;
    TIM1->CCR3 = (pwm_word & 0x04) ? duty_cycle : 0;
}

2.4 死区时间插入：防止上下桥臂直通

死区时间，是功率管换相时的「安全间隔」。上下桥臂不能同时导通，否则就是短路。我刚开始做电机驱动时，觉得死区时间越小越好，结果炸过一次MOS管。嗯，从那以后我再也不敢忽视死区了。

死区时间的设置原则：

• 最小值：大于功率管的关断延迟 + 开通延迟
• 典型值：500ns ~ 2μs，看MOS管规格
• 最大值：不能影响换相时序，否则电流波形畸变

在STM32等MCU上，死区时间由定时器的刹车和死区寄存器配置：

// 以STM32 TIM1为例，设置1μs死区时间
TIM1->BDTR = TIM_BDTR_DTG_0 | (100 - 1); // 假设时钟频率100MHz，死区1μs

2.5 本章知识体系总览

下面这张图，把换相算法的四个核心模块串起来了。你可以把它当作调试时的路线图。

状态机是大脑，决定什么时候换；换相表是地图，告诉你怎么换；PWM映射是油门，控制转多快；死区是安全带，防止出事故。这四个模块配合好了，电机才能转得顺、转得稳。