使用PWM输出方式驱动有刷直流电机:PWM驱动的原理

从本文开始,将介绍有刷直流电机的PWM驱动。近年来,直流电机的PWM驱动方式因其可以减少驱动器电源的功耗而应用越来越广泛。

使用PWM输出方式驱动有刷直流电机:PWM驱动的原理

除了用于电机驱动外,PWM(Pulse Width Modulation=脉冲宽度调制)还广泛应用于DC/DC转换器和AC/DC转换器等电源的功率转换,并在很多领域得到广泛使用。原则上,PWM是通过打开和关闭脉冲来发送所需功率的一种方法。脉冲的大小和周期是恒定的,通过调整打开时的脉冲宽度(时间)来控制要发送的功率。输出电压是对应于导通和脉冲周期的时间比=占空比的平均大小。

下面是有刷直流电机的PWM驱动原理示意图。

施加电压时、电流再生时1

电机用电机符号和电阻R+电感L +感应电压Ec表示。当施加电压时,电机电压Ea被施加到电机的两端,流过电机电流Ia。而当OFF时,电机引脚的两端将短路。在这种状态下将发生电流再生。由于线圈的电感起到保持电流的作用,因此当在相对于电感L和电阻R的时间常数足够短的周期内反复施加电压并且电机两端反复短路时,将流过恒定电流。

将该过程用H桥表示如下:

施加电压时、电流再生时2

施加电压时,SW1和SW4接通,SW2和SW3关断,电机电流Ia的流向如灰色虚线所示。当关断=电机两端短路时,SW2和SW4接通,SW1和SW3断开。

在这种情况下的电压波形和电流波形如下:

电流/电压波形1

电压波形表明,在反复周期恒定的导通期间施加了电机电压Ea,但在关断(由于电机两端短路引起的再生)期间没有施加电机电压Ea。通过反复执行“导通时增加、关断时减小的周期”,电流进入稳定状态。此时的平均电流Iave是通过将施加电压Ea乘以占空比m并除以电阻R而获得的值。举一个简单的例子,假设Ea = 12V,m为0.5(占空比50%),则为电机施加了6V电压。因为仅在施加电压时才从电源供给电流,所以电源的功耗将减少。

前面通过电机两端短路的方法探讨了关断状态(电流再生)相关的内容。实际上,还有其他电流再生方法,每种方法都有不同的需要考虑的事项。下一篇文章将介绍有刷直流电机的PWM驱动中其他电流再生方法。

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