什么是 FOC
FOC（Field Oriented Control，磁场定向控制，也称矢量控制）的核心思想是：把三相定子电流通过坐标变换，分解成产生磁场的励磁分量（d 轴）与产生转矩的转矩分量（q 轴），再分别闭环控制。这样交流无刷电机就能像直流电机一样被精准调节。
基本原理：Clarke 变换 → Park 变换 → SVPWM
- Clarke 变换：把三相电流 (ia, ib, ic) 投影到两相静止坐标系 (α, β)，实现 3→2 降维。
- Park 变换：把静止坐标系 (α, β) 随转子角度 θ 旋转到同步旋转坐标系 (d, q)，使交流量变为直流量，便于 PI 调节。
- 反 Park / SVPWM：把调节后的电压指令变回三相，用 SVPWM（空间矢量脉宽调制）驱动逆变桥，相比 SPWM 母线电压利用率更高（约提升 15%）。
三环控制结构
- 电流环（ innermost ）：响应最快，直接决定转矩精度与动态性能。
- 速度环：根据目标转速调节电流指令，决定稳速精度与抗负载扰动能力。
- 位置环：用于需要定位的场合（如阀门、伺服），普通风机类通常不需要。
三环参数需依据电机电阻、电感、反电势常数与负载惯量整定，这也是定制开发的核心工作。
电流采样方案
- 单电阻采样：成本最低，依赖母线电流重构，对采样时序要求高。
- 双电阻 / 三电阻采样：直接采样相电流，重构简单、低速性能好，是主流方案。
采样精度直接影响 FOC 的转矩平稳性，需在 PCB 布局时严格区分功率地与信号地。
有感 FOC 与无感 FOC
- 有感 FOC（Hall FOC）：利用霍尔信号获取角度，低速与启动性能最好，适合压缩机、洗衣机直驱。
- 无感 FOC（Sensorless FOC）：通过反电动势或观测器（滑模、PLL、磁链观测）估算角度，省线束、成本低，适合风机、水泵等负载平稳场景；极低速与满载启动是设计难点。
FOC 与方波控制对比
- 噪声与振动：FOC 电流为正弦，转矩脉动小，可闻噪声显著低于方波换相。
- 效率：FOC 可配合 MTPA / 弱磁控制，在中高速段效率更优。
- 低速平稳性：FOC 最低稳定转速更低，适合需要微风、慢搅的整机。
- 成本与复杂度：FOC 对 MCU 算力、电流采样精度要求更高。
国慧电气 FOC 方案
国慧电气全系 BLDC 控制板采用 FOC 矢量驱动，支持 VSP / PWM / CLOCK / LIN 调速接口，具备过压、欠压、过流、过载、过温、堵转等保护，功率覆盖 8W–500W，电压覆盖 12V–340V。针对不同整机，我们会依据电机参数整定电流环与速度环，并完成噪声、温升与 EMC 验证。
选型与定制可参考 BLDC 无刷电机控制板 与 定制服务。