4. 换相逻辑基础：六步换相法、120°与180°导通、霍尔传感器换相

换相，说白了就是告诉电机「该轮到哪一组线圈通电了」。

我刚开始接触BLDC时，总觉得换相很神秘。后来拆了几个电机驱动板，对着霍尔信号一个个测，才明白——其实就是个有规律的开关动作。今天咱们就把这个规律彻底讲透。

4.1 六步换相法：最经典的换相节奏

六步换相，也叫梯形控制。名字听着复杂，其实就六个状态循环跑。

BLDC电机有三相绕组：U、V、W。每一时刻，只有两相通电，一相悬空。六步换相就是把这「两相通电」的组合，按顺序切换六次，完成一个电周期。

我习惯把六步换相的状态画成一张表，调试时对照着看，非常直观。

步序	电角度范围	U相	V相	W相
1	0° ~ 60°	+	-	悬空
2	60° ~ 120°	+	悬空	-
3	120° ~ 180°	悬空	+	-
4	180° ~ 240°	-	+	悬空
5	240° ~ 300°	-	悬空	+
6	300° ~ 360°	悬空	-	+

你看，每个状态持续60°电角度。六个状态走完，转子刚好转了一圈（电角度）。

4.2 120°导通 vs 180°导通

这两个概念，很多初学者容易搞混。我简单说一下区别。

120°导通： 每相MOS管导通120°电角度，然后关断60°。这就是六步换相的标准模式。每相电流波形是方波，导通区间正好120°。

180°导通： 每相MOS管导通180°电角度。这时候三相同时通电，不再是「两相通电一相悬空」。电流波形更接近正弦波，但控制复杂得多。

对比项	120°导通	180°导通
同时导通相数	2相	3相
电流波形	方波	近似正弦波
转矩脉动	较大	较小
控制复杂度	低	高
适用场景	低成本、低速应用	高性能、高速应用

我个人习惯，做风机、水泵这类对转矩脉动不敏感的项目，用120°导通就够了。但如果是做伺服或者机器人关节，我会选180°导通+SVPWM。

4.3 霍尔传感器换相原理

霍尔传感器，就是电机的「位置眼睛」。三个霍尔元件间隔120°（或60°）安装在定子上，检测转子磁极的位置。

每个霍尔输出高电平或低电平。三个霍尔组合起来，就是3位二进制数，一共8种状态。其中6种是有效状态，对应转子的6个位置区间。剩下2种（000和111）是非法状态——正常情况下不会出现。

霍尔状态和换相步序的对应关系，是换相逻辑的核心。

霍尔状态 (H3 H2 H1)	对应电角度区间	应执行的换相步序
001	0° ~ 60°	步1 (U+, V-)
101	60° ~ 120°	步2 (U+, W-)
100	120° ~ 180°	步3 (V+, W-)
110	180° ~ 240°	步4 (V+, U-)
010	240° ~ 300°	步5 (W+, U-)
011	300° ~ 360°	步6 (W+, V-)

嗯，这里要注意：霍尔状态和换相步序的对应关系，取决于霍尔元件的安装位置和电机绕线方式。不同电机可能不一样。我建议你拿到电机后，先用手转动转子，用示波器抓一下霍尔波形，再对照这个表确认。

4.4 换相逻辑的Simulink实现思路

在Simulink里搭换相逻辑，我一般分三步走：

1. 霍尔信号采集与解码： 三个霍尔信号进来，组合成3位二进制数，查表得到当前电角度区间。
2. 换相状态机： 根据电角度区间，输出对应的MOS管开关信号（6个PWM控制信号）。
3. 死区时间插入： 上下桥臂切换时，插入死区时间，防止直通短路。

下面是一个简单的Simulink换相逻辑伪代码，用MATLAB Function Block实现：

function [U_H, U_L, V_H, V_L, W_H, W_L] = commutation_logic(H1, H2, H3)
% 霍尔状态解码
hall_code = H3*4 + H2*2 + H1;

% 换相表：根据霍尔状态输出MOS管信号
% 1表示上桥导通，-1表示下桥导通，0表示悬空
switch hall_code
    case 1  % 001
        phase_state = [1, -1, 0];  % U+, V-, W悬空
    case 5  % 101
        phase_state = [1, 0, -1];  % U+, W-
    case 4  % 100
        phase_state = [0, 1, -1];  % V+, W-
    case 6  % 110
        phase_state = [-1, 1, 0];  % V+, U-
    case 2  % 010
        phase_state = [-1, 0, 1];  % W+, U-
    case 3  % 011
        phase_state = [0, -1, 1];  % W+, V-
    otherwise
        phase_state = [0, 0, 0];   % 非法状态，全部关断
end

% 输出6个MOS管信号
U_H = (phase_state(1) == 1);
U_L = (phase_state(1) == -1);
V_H = (phase_state(2) == 1);
V_L = (phase_state(2) == -1);
W_H = (phase_state(3) == 1);
W_L = (phase_state(3) == -1);
end

这段代码看着简单，但实际项目里我会加几个保护：

• 非法状态检测：如果霍尔状态是000或111，立刻关断所有MOS管
• 换相超时保护：如果长时间没有霍尔跳变，判断为堵转，执行保护
• 软换相：在换相瞬间，不要立刻切换电流方向，而是先关断再开通，减少电流冲击

4.5 换相逻辑知识体系总览

下面这张图，把本章的核心知识点串起来了。你可以把它当作换相逻辑的「地图」。

从图上你能看到，120°导通和180°导通是两条不同的技术路线。咱们这门课主要走左边这条路——霍尔传感器+六步换相。这是入门最快、最稳的路径。