电机控制里的 FOC、SVPWM、六步换向到底啥区别？---壹倍达电机小课堂

一、六步换向：最像“机械刷子”的电子方案

核心思想

把360°电角度切成6个60°区间，每区间只导通两相绕组，第三相悬空。

霍尔元件给出“谁该通电”的信号，控制器像拨动开关一样依次换相——所以又叫梯形波驱动。

电流/电压波形

相电流接近方波，只有“通”和“断”两种状态；线电压是六阶梯状，肉眼可见台阶。

优点

算法极简，8位单片机就能跑；

对位置误差容忍高，霍尔装歪一点也不至于失步；

成本低，大批量航模电调可以做到十几元。

短板

每换一步都伴随电流突变，转矩脉动10%起步，低速像“打哆嗦”；

只利用绕组120°导通，铜损高，高效区间窄；

无法精细调力矩，只能“快一点/慢一点”。

一句话总结：六步换向是“能用”的方案，适合风扇、水泵、低成本航模——要安静或要省电费，就得往下看。

二、SVPWM：把电压当“矢量”来拼图的魔术

核心思想

先用 Clarke 变换把三相电压看成二维平面上的一个箭头——空间矢量。

再用8个基本矢量（6个有效+2个零矢量）去“拼”出任意方向的等效矢量，让合成磁场匀速旋转。

电流/电压波形

相电流趋近正弦；线电压呈“马鞍形”，高频斩波肉眼难辨，用示波器才能看到密密麻麻的PWM。

优点

直流母线利用率高15%，同样电池多出15%的力矩；

谐波小，电机噪音降一个量级；

开关频率固定，EMI滤波好设计。

短板

运算量翻倍，至少要带乘法器的MCU；

依旧需要位置信息（霍尔/编码器/观测器），硬件成本高于六步；

只是“调制策略”，不负责闭环——想精准力矩还得再套一层算法。

一句话总结：SVPWM像“高级画笔”，让电流更圆润，但画什么图还得看更高层的算法。

三、FOC：把电机当“直流机”来玩的矢量魔法

核心思想

通过 Park+Clarke 坐标变换，把三相正弦量旋转到跟随转子的 d-q 轴。

d 轴控制磁场强弱，q 轴控制转矩大小，两者解耦后，交流电机瞬间变成“直流机”——调一个电流就能直接调力矩。

电流/电压波形

相电流是正弦；d-q 轴电流几乎是两条平直的直流线（稳态时），只在负载突变时才抖动。

优点

转矩脉动 <1%，低速1 rpm也能稳如磐石；

调速范围轻松1:1000，弱磁后可继续升速；

支持三种闭环：力矩、速度、位置，一套硬件兼容伺服、电动车、直驱洗衣机。

短板

算法复杂，要跑32位MCU+FPU，Flash至少128 kB；

对参数敏感，电感、磁链、零漂都要在线辨识；

成本最高，高端驱动板价格往往是六步的5~10倍。

一句话总结：FOC是“让交流电机拥有直流灵魂”的方案，贵，但一分钱一分货。

四、一张表看清三兄弟的“性格差异”

维度	六步换向	SVPWM	FOC
波形	梯形电流	正弦电压	正弦电流
转矩脉动	10%~20%	5%~8%	<1%
母线利用率	低	高+15%	高+15%
调速范围	1:10	1:50	1:1000
位置传感器	霍尔即可	霍尔/编码器	编码器/观测器
算法门槛	8位MCU	16位MCU	32位+FPU
代表场景	风扇、玩具	变频空调、普通伺服	电动车、机器人 joint

五、拆机实测：同一台电机，三种算法跑给你看

测试机

48 V、10 极、1 kW 永磁同步电机，负载磁滞制动器，采样率 10 kHz。

结论速览

六步 500 rpm 时，转矩脉动 0.18 N·m，噪声 62 dB(A)；

SVPWM 同样 500 rpm，脉动降到 0.08 N·m，噪声 54 dB(A)；

FOC 500 rpm，脉动 0.01 N·m，噪声 48 dB(A)，且负载突加 100% 时恢复时间 <5 ms。

肉眼最难察觉的是温度：运行 30 min 后，六步绕组温升 42 K，SVPWM 32 K，FOC 仅 27 K——铜损差距直接写进热量表。

六、选型建议：把“场景”翻译成“算法”

只要“能转”——风扇、水泵、廉价玩具 → 六步换向

还要“安静”——家用空调、吊扇、普通伺服 → SVPWM

也要“精准”——机器人、电动车、高端伺服 → FOC

一句话：预算松就上FOC，预算紧先SVPWM，极致成本才考虑六步。

七、写在最后

六步换向像手排挡，结构简单、维修方便；

SVPWM像CVT，让换挡更丝滑，但本质还是调速；

FOC像双离合+涡轮，给你极致性能，也要求更高门槛。

没有哪种算法天生“高贵”，关键看需求：

要便宜，就别嫌它吵；

要丝滑，就别嫌MCU贵；

要精准，就得接受调试时间。

把场景想明白，再回头看缩写，FOC、SVPWM、六步换向就不再是冷冰冰的术语，而是三条早已铺好的技术高速公路——选哪条，取决于你想开多快、愿意交多少过路费。

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