PWM驱动的电机恒流工作

电机的典型驱动方法包括电压驱动、电流驱动以及PWM驱动。本文将介绍采用PWM驱动方式的恒流工作。首先介绍的是什么是PWM驱动的电机恒流工作,其次是PWM驱动电机恒流工作时电路的工作原理。

什么是PWM驱动的电机恒流工作?

当以恒定的电流驱动电机时,电机会怎样工作呢? 当以恒定电流驱动时,电机能以恒定转矩旋转。电机的转矩是转矩常数乘以电机电流后获得的值。换句话说,电机转矩与电流成正比,所以如果电流恒定,转矩也就恒定。 首先来看图1,这是通过PWM驱动以恒定电流工作的电路示例。是一个带有4个开关(在示例中以使用了MOSFET的H桥作为输出段)的电机驱动器电路。更多关于H桥的信息,在Tech Web Motor的基础知识中有详细介绍,请参阅这里。 另外,PWM驱动原则上是通过脉冲的ON/OFF来发送所需功率的一种方法。脉冲的大小(电压)和周期是恒定的,通过调整ON时的脉冲宽度(时间)来控制要发送的功率。更多详细信息,同样请参阅这里的Tech Web Motor的基础知识。

モータPWM駆動による定電流動作回路例

下面来解释所示电路的实际工作原理。 图1是以正转为前提的。在这种情况下,在这对MOSFET Q1和Q2中,Q1导通,Q2关断,OUT1连接到电源电压Ea,电流流过电机的正极。同时,在这对Q3和Q4中,Q3关断,Q4导通,OUT2经由驱动器RNF引脚的Rs连接到GND。这样,电流从电源流向电机,电机处于通电状态。 由于这里的目的是恒流工作,因此需要将电流控制为恒定电流,该工作由Rs和比较器完成。Rs是电流检测电阻。比较器负责将Rs×电机电流所产生的电压与施加到基准电压引脚Vref的基准电压进行比较。将基准电压设置为所需的恒定电流值×Rs。 当电机电流因通电而逐渐增大直到Rs的检测电压超过Vref时,比较器将Q1关断(Q2可保持关断,也可导通),停止给电机通电。 当停止通电时,电机的电流会试图继续流动,但会逐渐减小。然后,一定时间后,当Q1再次导通、电机通电时,电机的电流又开始增大,当Rs的检测电压超过Vref时,Q1再次关断,停止通电。就这样重复执行这样的动作。图1中的驱动器会对OSC(振荡器)的频率进行计数,并已设置了任意的关断时间(toff)。工作波形如图2所示。

モータPWM駆動による定電流動作波形

通过这种重复动作,流过以Vref除以Rs得到的电流值为顶点的三角波电流。如果将Q1的关断时间(toff)设置的足够小,则能够以几乎恒定的电流工作,即恒流工作。 以上是对PWM驱动的电机恒流工作的说明,但实际的PWM驱动还需要更微细的控制。例如,在停止通电、再生电流流动期间,Rs中没有电流流过,因此当重新通电时Rs中的电流变化会变大。由于不可避免地存在寄生电感,因此这种电流的导通和关断可能会导致RNF引脚产生波形所示的较大电压噪声(如图2所示),或者流过对MOSFET的寄生电容进行充电的电流并导致超过Vref电压。为了防止这些电压噪声引起的误关断动作,需要在PWM驱动上采取忽略短时间的峰值电流并设定不反应的时间(tblnk),或者用滤波器来滤除PWM驱动噪声等措施。

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