【R课堂】PWM驱动时的电流再生方法

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在上一篇文章对有刷直流电机的PWM驱动原理的说明中，介绍了基于电机两端短路的电流再生方法，实际上有刷直流电机的PWM驱动中还有其他电流再生方法，有刷直流电机的PWM驱动中的每种方法都有其应该考虑的事项。


使用PWM输出方式驱动有刷直流电机：电流再生方法
下面是用来说明PWM驱动原理的示意图。其中省略了没必要列出的晶体管。（a）是施加电压时的电流再生，（b）是电机两端短路方法的电流再生。





由于使用了晶体管（在该示例中为MOSFET）来切换H桥，因此作为现实问题，需要将晶体管的导通电阻作为每条路径中的损耗加以考虑。该思路也同样适用于后续的电流再生方法。


除了（b）以外，还有三种电流再生方法。（c）是在施加电压的状态下的只断开Q1（Q2和Q3保持关断，而Q4保持导通）的方法。 
在这种情况下，再生电流经由关断中的Q2的寄生（体）二极管流动，与（b）中相同。此时，路径中不仅包括导通电阻，还包括寄生二极管的正向电压VF。因此，电流会迅速衰减。另外，施加到电机的等效平均电压会损耗VF的量，因此会小于占空比相应的电压。



（d）是关闭所有晶体管的方法。在这种情况下，再生电流经由关断的Q2和Q4的寄生二极管流动。在该路径中，Q2和Q3的两个寄生二极管的VF会成为损耗。


另外，由于电源Ea进入电流路径并使电流沿相反的方向流动，所以再生电流的衰减非常快，并且施加于电机的相对于ON占空比的等效平均电压变得非常低。当以50％占空比驱动时，施加于电机的等效平均电压将接近于零。此时，由于存在二极管，因此当电流变为零时将停止再生，并且没有电流沿相反方向流动。



（e）是使与施加电压时相反的晶体管导通的方法，也就是从Q1和Q4导通、Q2和Q3关断的电压施加状态变为Q1和Q4关断、Q2和Q3导通的状态，即偏置状态。


在这种情况下也同样，电源Ea进入电流路径并使电流反向流动，因此再生电流的衰减非常快，在再生电流经由二极管时，当电流变为零时再生停止，但由于晶体管处于导通状态，故电流将以相反的方向流动。



因此，如果按照与（d）相同的50％占空比进行驱动，则施加于电机的等效平均电压将变为零。在占空比为100％时，施加于电机的等效平均电压最大。另外，当占空比从50％到0％时，电流从100％到50％反向流动。该条件下的PWM电压和电流波形如下所示。



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在占空比从100％到50％之间，可以与占空比成正比控制从最大到零的施加电压。