有刷直流電機(jī)的PWM驅(qū)動(dòng)原理

從本文開始，將介紹有刷直流電機(jī)的PWM驅(qū)動(dòng)。近年來，直流電機(jī)的PWM驅(qū)動(dòng)方式因其可以減少驅(qū)動(dòng)器電源的功耗而應(yīng)用越來越廣泛。

使用PWM輸出方式驅(qū)動(dòng)有刷直流電機(jī)：PWM驅(qū)動(dòng)的原理

除了用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)外，PWM（Pulse Width Modulation＝脈沖寬度調(diào)制）還廣泛應(yīng)用于DC/DC轉(zhuǎn)換器和AC/DC轉(zhuǎn)換器等電源的功率轉(zhuǎn)換，并在很多領(lǐng)域得到廣泛使用。原則上，PWM是通過打開和關(guān)閉脈沖來發(fā)送所需功率的一種方法。脈沖的大小和周期是恒定的，通過調(diào)整打開時(shí)的脈沖寬度（時(shí)間）來控制要發(fā)送的功率。輸出電壓是對(duì)應(yīng)于導(dǎo)通和脈沖周期的時(shí)間比=占空比的平均大小。

下面是有刷直流電機(jī)的PWM驅(qū)動(dòng)原理示意圖。

電機(jī)用電機(jī)符號(hào)和電阻R+電感L +感應(yīng)電壓Ec表示。當(dāng)施加電壓時(shí)，電機(jī)電壓Ea被施加到電機(jī)的兩端，流過電機(jī)電流Ia。而當(dāng)OFF時(shí)，電機(jī)引腳的兩端將短路。在這種狀態(tài)下將發(fā)生電流再生。由于線圈的電感起到保持電流的作用，因此當(dāng)在相對(duì)于電感L和電阻R的時(shí)間常數(shù)足夠短的周期內(nèi)反復(fù)施加電壓并且電機(jī)兩端反復(fù)短路時(shí)，將流過恒定電流。

將該過程用H橋表示如下：

施加電壓時(shí)，SW1和SW4接通，SW2和SW3關(guān)斷，電機(jī)電流Ia的流向如灰色虛線所示。當(dāng)關(guān)斷=電機(jī)兩端短路時(shí)，SW2和SW4接通，SW1和SW3斷開。

在這種情況下的電壓波形和電流波形如下：

電壓波形表明，在反復(fù)周期恒定的導(dǎo)通期間施加了電機(jī)電壓Ea，但在關(guān)斷（由于電機(jī)兩端短路引起的再生）期間沒有施加電機(jī)電壓Ea。通過反復(fù)執(zhí)行“導(dǎo)通時(shí)增加、關(guān)斷時(shí)減小的周期”，電流進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)的平均電流Iave是通過將施加電壓Ea乘以占空比m并除以電阻R而獲得的值。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，假設(shè)Ea = 12V，m為0.5（占空比50％），則為電機(jī)施加了6V電壓。因?yàn)閮H在施加電壓時(shí)才從電源供給電流，所以電源的功耗將減少。

前面通過電機(jī)兩端短路的方法探討了關(guān)斷狀態(tài)（電流再生）相關(guān)的內(nèi)容。實(shí)際上，還有其他電流再生方法，每種方法都有不同的需要考慮的事項(xiàng)。

下一篇文章將介紹有刷直流電機(jī)的PWM驅(qū)動(dòng)中其他電流再生方法。

原文標(biāo)題：使用PWM輸出方式驅(qū)動(dòng)有刷直流電機(jī)：PWM驅(qū)動(dòng)的原理

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