【導讀】電機的典型驅動方法包括電壓驅動、電流驅動以及PWM驅動。本文將介紹采用PWM驅動方式的恒流工作。首先介紹的是什么是PWM驅動的電機恒流工作,其次是PWM驅動電機恒流工作時電路的工作原理。
什么是PWM動的電機恒流工作?
當以恒定的電流驅動電機時,電機會怎樣工作呢?當以恒定電流驅動時,電機能以恒定轉矩旋轉。電機的轉矩是轉矩常數乘以電機電流后獲得的值。換句話說,電機轉矩與電流成正比,所以如果電流恒定,轉矩也就恒定。
首先來看圖1,這是通過PWM驅動以恒定電流工作的電路示例。是一個帶有4個開關(在示例中以使用了MOSFET的H橋作為輸出段)的電機驅動器電路。更多關于H橋的信息,在Tech Web Motor的基礎知識中有詳細介紹,請參閱這里。
另外,PWM驅動原則上是通過脈沖的ON/OFF來發(fā)送所需功率的一種方法。脈沖的大小(電壓)和周期是恒定的,通過調整ON時的脈沖寬度(時間)來控制要發(fā)送的功率。更多詳細信息,同樣請參閱這里的Tech Web Motor的基礎知識。
下面來解釋所示電路的實際工作原理。
圖1是以正轉為前提的。在這種情況下,在這對MOSFET Q1和Q2中,Q1導通,Q2關斷,OUT1連接到電源電壓Ea,電流流過電機的正極。同時,在這對Q3和Q4中,Q3關斷,Q4導通,OUT2經由驅動器RNF引腳的Rs連接到GND。這樣,電流從電源流向電機,電機處于通電狀態(tài)。
由于這里的目的是恒流工作,因此需要將電流控制為恒定電流,該工作由Rs和比較器完成。Rs是電流檢測電阻。比較器負責將Rs×電機電流所產生的電壓與施加到基準電壓引腳Vref的基準電壓進行比較。將基準電壓設置為所需的恒定電流值×Rs。
當電機電流因通電而逐漸增大直到Rs的檢測電壓超過Vref時,比較器將Q1關斷(Q2可保持關斷,也可導通),停止給電機通電。
當停止通電時,電機的電流會試圖繼續(xù)流動,但會逐漸減小。然后,一定時間后,當Q1再次導通、電機通電時,電機的電流又開始增大,當Rs的檢測電壓超過Vref時,Q1再次關斷,停止通電。就這樣重復執(zhí)行這樣的動作。圖1中的驅動器會對OSC(振蕩器)的頻率進行計數,并已設置了任意的關斷時間(toff)。工作波形如圖2所示。
通過這種重復動作,流過以Vref除以Rs得到的電流值為頂點的三角波電流。如果將Q1的關斷時間(toff)設置的足夠小,則能夠以幾乎恒定的電流工作,即恒流工作。
以上是對PWM驅動的電機恒流工作的說明,但實際的PWM驅動還需要更微細的控制。例如,在停止通電、再生電流流動期間,Rs中沒有電流流過,因此當重新通電時Rs中的電流變化會變大。
由于不可避免地存在寄生電感,因此這種電流的導通和關斷可能會導致RNF引腳產生波形所示的較大電壓噪聲(如圖2所示),或者流過對MOSFET的寄生電容進行充電的電流并導致超過Vref電壓。為了防止這些電壓噪聲引起的誤關斷動作,需要在PWM驅動上采取忽略短時間的峰值電流并設定不反應的時間(tblnk),或者用濾波器來濾除PWM驅動噪聲等措施。
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