有刷电机驱动器的功耗计算方法 其2

本文将继上一篇文章之后,继续介绍有刷电机驱动器的功耗计算方法。在上一篇中,介绍了有刷电机驱动器的典型驱动方法——恒压驱动,本文将介绍有刷电机驱动器的另一种典型驱动方法——PWM驱动的功耗计算方法。

有刷电机驱动器的功耗计算方法

②PWM驱动时的功耗计算

首先,请看PWM驱动时的工作等效电路及其工作电压和电流波形。工作等效电路的左侧是施加电压时各MOSFET的状态示例,右侧是电流再生时各MOSFET的状态示例(省略了不影响工作的MOSFET)。

对于输出OUT1来说,一个PWM周期(tpwm)中的工作分为以下四个部分:

  • ・tr:从低电平转换为高电平的时间
  • ・tdr:维持高电平并供给电流的时间
  • ・tf:从高电平转换为低电平的时间
  • ・trc:维持低电平并再生电流的时间

而对于输出OUT2来说,则始终处于低电平工作状态。

为便于思考,假设在这些工作中当输出从高电平转换为低电平或从低电平转换为高电平时的电压变化是直线,而在此期间电流恒定不变。此外,设施加电压时和电流再生时的电流变化也是直线(参见上图中的波形)。

电压变化部分的能耗是电压部分的时间函数与电流部分的时间函数的积在时间区间内的积分。电流变化部分的功耗是电流部分的时间函数的平方与总电阻的积在时间区间内的积分。

tr部分的能耗Er为:

tf部分的能耗Ef为:

tdr部分的能耗Edr为:

trc部分的能耗Erc为:

输出功耗Pc_ot通过将这四部分相加并除以总时间来计算:

在此基础上,输出电流加上由电源供给的电路电流Icc与电源电压Vcc之积,即可得到总功耗Pc。

当tr和tf相对于tpwm足够小、电流几乎没有变化且ip1 = ip2时,功率由以下公式计算:

也就是说,在一个PWM工作周期内,电流回路中驱动时段与再生时段的变化所产生的功耗,就是在这个周期内,驱动时段与再生时段各自的时间占比内功耗的和。

有刷电机驱动器的PWM驱动施加的是脉冲而不是像有刷电机驱动器恒压驱动那样施加恒定电压,因此有刷电机驱动器PWM驱动的计算公式有些复杂,希望能以此为例来理解其思路。

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