PWM驅(qū)動(dòng)有刷電機(jī)時(shí)的電流再生方法及其區(qū)別

本文將探討PWM驅(qū)動(dòng)有刷電機(jī)時(shí)的電流再生方法及PWM驅(qū)動(dòng)有刷電機(jī)時(shí)的電流再生區(qū)別。

有刷電機(jī)的PWM驅(qū)動(dòng)中的電流再生方法

在有刷電機(jī)的PWM驅(qū)動(dòng)過程中，關(guān)斷區(qū)間的電流再生方法主要分為兩種。一種是等效短接有刷電機(jī)的兩個(gè)引腳。另一種是將電源的極性按照與導(dǎo)通區(qū)間相反的方向等效連接在有刷電機(jī)的兩個(gè)引腳上。下面具體介紹一下這兩種方法。

等效短接電機(jī)兩個(gè)引腳的再生方法

圖1為PWM驅(qū)動(dòng)供給電流時(shí)(導(dǎo)通區(qū)間)和等效短接電機(jī)兩個(gè)引腳的電流再生方法的等效電路。這里省略了OFF的晶體管。

(a)供給電流時(shí)，Q1和Q4導(dǎo)通，電機(jī)接通電源。等效短接電機(jī)兩個(gè)引腳的方法有兩種。(b)在電流再生1的電路中，在(a)的狀態(tài)下將Q1關(guān)斷，斷開與電源的連接，使Q2導(dǎo)通，Q4保持導(dǎo)通，將電機(jī)的引腳間短接。(c)在電流再生2的電路中，同樣將Q1關(guān)斷，但Q2保持關(guān)斷，Q4也保持導(dǎo)通，電機(jī)電流經(jīng)由Q2的寄生二極管循環(huán)流動(dòng)。 圖2為使用了這種將電機(jī)的兩個(gè)引腳端接的電流再生方法時(shí)的PWM工作波形。作為等效電路，(b)和(c)基本相同，所以波形也相同。為了更容易理解，電流波形峰值之間的變化繪制得比實(shí)際要大。

時(shí)間t為∞，即當(dāng)電機(jī)發(fā)電電壓(Ec)為零時(shí)，穩(wěn)定狀態(tài)的電機(jī)平均電流值Iave如下： Iave=Ea?m/R??※Ea：電機(jī)電源電壓，m：導(dǎo)通占空比，R：電機(jī)等效電阻 因此，電機(jī)電源電壓Ea乘以導(dǎo)通占空比m而獲得的電壓被施加到電機(jī)。

將電源的極性按照與導(dǎo)通區(qū)間相反的方向等效連接在有刷電機(jī)兩個(gè)引腳上的再生方法

接下來是另一種再生方法，即將電源的極性按照與導(dǎo)通區(qū)間相反的方向等效連接在有刷電機(jī)兩個(gè)引腳上的再生方法，圖3是其等效電路。這種方法也分為兩種。

(d)在電流再生3的電路中，使Q1和Q4關(guān)斷，使Q2和Q3導(dǎo)通，并使導(dǎo)通區(qū)間與電機(jī)電源的極性相反。在該電路中，根據(jù)占空比，會(huì)流過反向電流。(e)在電流再生4的電路中，所有的晶體管關(guān)斷，但電流通過Q2和Q4的寄生二極管再生，等效施加在導(dǎo)通區(qū)間和電機(jī)電源的極性是相反的。由于干電路是通過二極管連接的，因此不會(huì)流過反向電流。 如(d)所示將電源的極性按照與導(dǎo)通區(qū)間相反的方向等效連接在有刷電機(jī)兩個(gè)引腳上進(jìn)行電流再生并流過反向電流時(shí)，其電路的PWM工作波形如圖4所示。

在(d)的電路中，當(dāng)再生電流達(dá)到零以下時(shí)，電流會(huì)沿相反的方向流動(dòng)，因此導(dǎo)通比為50%，電機(jī)的平均電流變?yōu)榱?。?dāng)導(dǎo)通比為100%～50%時(shí)，平均電流沿某一方向流動(dòng);當(dāng)導(dǎo)通比為50%～0%時(shí)，平均電流沿與大于50%時(shí)相反的方向流動(dòng)。施加到電機(jī)上的等效電壓如下： 施加到電機(jī)的等效電壓=Ea?(m-50%)/50%??※Ea：電機(jī)電源電壓，m：導(dǎo)通比 接下來，如(e)的電路所示，進(jìn)行電源反接的電流再生，圖5是無反向電流的電路的PWM工作波形。

在(e)的電路中，與導(dǎo)通區(qū)間相反的方向不會(huì)有電流流動(dòng)，因此即使導(dǎo)通比為50%，平均電流也不會(huì)變?yōu)榱?，但如果使?dǎo)通比小于 50%，則平均電流會(huì)減少，并在0%時(shí)變?yōu)榱?。在電流瞬態(tài)波形中，當(dāng)電流最小峰值大于零時(shí)，施加到電機(jī)上的等效電壓如下： 施加到電機(jī)的等效電壓=Ea?(m-50%)/50%??※Ea：電機(jī)電源電壓，m：導(dǎo)通比 無論哪種電路，由于存在寄生二極管的正向電壓，輸出晶體管 (MOSFET) 的高邊和低邊導(dǎo)通電阻也存在差異，因此實(shí)際施加的等效電壓都與根據(jù)所示公式計(jì)算得出的值略有不同。

小結(jié)

圖1-(b)和(c)等效短接電機(jī)兩個(gè)引腳的再生方法中，再生電流是逐漸緩慢衰減的;而圖3-(d)和(e)將電源極性按照與導(dǎo)通區(qū)間相反的方向等效連接在電機(jī)兩個(gè)引腳上的電流再生方法中，由于電流試圖反向流動(dòng)的方向的電壓被施加到線圈，因此再生電流會(huì)急劇衰減。 至于在PWM驅(qū)動(dòng)時(shí)施加到電機(jī)上的電壓，在等效短接電機(jī)兩個(gè)引腳的再生方法中，會(huì)施加大約“電源電壓×導(dǎo)通比”的電壓。而在將電源的極性按照與導(dǎo)通區(qū)間相反的方向等效連接在有刷電機(jī)兩個(gè)引腳上的再生方法中，將會(huì)施加約“電源電壓×(導(dǎo)通比-50%)/50%”的電壓 在將電源的極性按照與導(dǎo)通區(qū)間相反的方向等效連接在有刷電機(jī)兩個(gè)引腳上的再生方法中，在使(d)的輸出晶體管導(dǎo)通且反向連接電路中，電流會(huì)反向流動(dòng)，因此當(dāng)導(dǎo)通比低于50%時(shí)，電流反向流動(dòng)。在使(e)的所有輸出晶體管都關(guān)斷且通過寄生二極管反向連接的電路中，不會(huì)流過反向電流，因此即使占空比小于 50%，流過的也是基于導(dǎo)通比的正向電流。

再生方法圖1-(b)和(c) 等效短接電機(jī)的兩個(gè)引腳圖3-(d)和(e) 對(duì)電機(jī)兩個(gè)引腳等效反接電源

再生電流的衰減平穩(wěn)急劇

在PWM驅(qū)動(dòng)時(shí)施加到電機(jī)上的等效電壓Ea?mEa?(m-50%)/50%

在PWM驅(qū)動(dòng)時(shí)的平均電流 ※電機(jī)發(fā)電電壓：Ec為零Ea?m/REa?(m-50%)/(50%?R) ※(d)允許電流反向流動(dòng)，因此當(dāng)m=50%時(shí)電流為零，當(dāng)m<50%時(shí)流過負(fù)電流。 ※(e)沒有反向電流，因此即使m≤50%，也只有正電流流動(dòng)。

※Ea：電機(jī)電源電壓，m：導(dǎo)通比，R：電機(jī)等效電阻

審核編輯：湯梓紅