【圖文分享】PWM控制電機 PWM調(diào)制-KIA MOS管

PWM控制電機

(1)雙極模式，即電樞電壓極性是正負(fù)交替的，

優(yōu)點：能正反轉(zhuǎn)運行，啟動快，調(diào)速精度高，動態(tài)性能好，調(diào)速靜差小，調(diào)速范圍大，能加速，減速，剎車，倒轉(zhuǎn)，能在負(fù)載超過設(shè)定速度時，提供反向力矩,能克服電機軸承的靜態(tài)摩擦力，產(chǎn)生非常低的轉(zhuǎn)速。

缺點：控制電路復(fù)雜。

(2)單極模式，即電機電樞驅(qū)動電壓極性是單一的

優(yōu)點：啟動快，能加速，剎車，能耗制動，能量反饋，調(diào)速性能不如雙極模式好，但是相差不多，電機特性也比較好。如果接成H橋模式，也能實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。

在負(fù)載超速時也能提供反向力矩。

缺點：剎車時，不能減速到0，速度接近0速度時沒有制動力。不能突然倒轉(zhuǎn)。動態(tài)性能不好，調(diào)速靜差稍大。

(3)受限單極模式，即除了單極調(diào)制外，能耗制動通路受到了限制。

優(yōu)點:控制電路簡單，如果接成H橋模式，也能正反轉(zhuǎn)。

缺點:不能剎車，不能能耗制動,在負(fù)載超過設(shè)定速度時不能提供反向力矩。

調(diào)速靜差大，調(diào)速性能很差，穩(wěn)定性也不好。

首先，這里的PWM和PWM 都是已經(jīng)經(jīng)過處理后，能直接驅(qū)動功率管的信號，而不是單片機輸出的PWM信號。

PWM 信號是和PWM信號互補的，邏輯上互補，而不是電平的互補。

還有默認(rèn)這兩個信號已經(jīng)經(jīng)過了死區(qū)控制，不回產(chǎn)生同時導(dǎo)通的問題。

除了第一個圖外，功率管上必須并聯(lián)續(xù)流二極管，要么是MOS管里自帶的，要么就是BJT再并聯(lián)的，或者MOS管并聯(lián)肖特基。

其實我們大家平時控制電機用的都是如圖1所示的那種樣子，這種模式叫受限單極調(diào)制，只有加速和調(diào)速功能，是沒有剎車功能的，電機速度下降靠負(fù)載摩擦，也沒有負(fù)力矩。

比如說，設(shè)定速度是50%，但是電機因為外力速度達(dá)到了60%了，電機也不會減速，只有電機速度超過100%時，電機產(chǎn)生的反電動勢超過了電源電壓，才會產(chǎn)生反向力矩，那個另當(dāng)別論。

像以前的有刷電動自行車采用的就是這種控制方法，只能加速，不能減速，速度控制也不精確，但是足夠滿足要求了。

其次，我們想要電機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，也只不過是用到了圖2和圖4的樣子，這個雖然是接成了H橋的樣子，但是實際上還是受限單極調(diào)制，把圖2的Q4拿掉，Q1變成一個二極管，電路就又變成了圖1的樣子。其他的圖都同理。

單極調(diào)制和雙極調(diào)制

如果想得到有剎車的功能，就必須使用一個與PWM信號互補的PWM信號。

這個信號在PWM關(guān)斷期間，為電機提供一個續(xù)流通道，相當(dāng)于開關(guān)電源的同步續(xù)流吧，也有稱之為同步整流。

按道理，那個二極管也能提供續(xù)流通道如圖6中的Q1,但是用MOS管作為續(xù)流通道有2個好處，第一，導(dǎo)通壓降低，比二極管發(fā)熱更少，效率更高，第二，二極管上不能產(chǎn)生反向電流，而MOS管可以通過反向電流

其實二極管的反向電流對于MOS管來講是正向電流，電機反電動勢在PWM關(guān)斷時間的伏秒數(shù) 大于 電源電壓在PWM開通時間加在電機上的伏秒數(shù)，小于，那么電機會產(chǎn)生反向電流,使電機產(chǎn)生反向力矩，因為直流永磁電機的力矩是正比例于電流的，反向電流就會產(chǎn)生反向力矩。

視這個電流的大小，電機就能減速或者剎車了。而且電機上的這個反向電流還會在PWM開通時間回饋到電源中去，做到了能量回饋。如果電源是二次電池，那么這是有好處的，如果不是電池的話，會使母線電壓升高，要做一些能量消耗的措施。

說白了，就是你的PWM占空比就能控制電機的轉(zhuǎn)速，電機的轉(zhuǎn)速會跟隨的你PWM占空比變化，你的占空比加大，電機就會加速，你的占空比減小，電機就會減速，你減得快，就相當(dāng)于剎車，如果控制得好，可以做到很迅速但是又很柔和的剎車效果。

但是如果你的占空比突然減到0，就相當(dāng)于把電機短路了，這是急剎車，會不會損壞要看電機的內(nèi)阻，功率，慣性，還要看功率管的過載能力。當(dāng)然還考驗電機的機械強度，因為這種剎車從表面上看，就好像直接用硬物把電機卡住的效果差不多，發(fā)出的聲響也是十分巨大的金屬聲。

當(dāng)然，還有更急的剎車辦法，就是把電機切換到反向運行狀態(tài)，但是這種方法是有很大的隱患的，往往會造成器件損壞。

不過話又說回來了，那種受限單極PWM調(diào)制方法，只能使用這1種剎車或減速模式，既沒有好的效果，又容易損傷器件。

所以如果需要電機帶剎車的話，盡量使用單極調(diào)制或雙極調(diào)制，不要使用受限單極調(diào)制模式。

一般電動輪椅的電機都是采用這種模式控制的。

雙極模式：

雙極模式，只有H橋一種接法，而且4只管子同時工作。如圖11

斜對角的兩個管子通相同相位的信號，如Q1和Q4,而另外兩只管子用與之互補的信號驅(qū)動。在PWM導(dǎo)通器件，電機兩端的驅(qū)動電壓是正的，在PWM關(guān)斷器件，電機兩端驅(qū)動電壓是負(fù)的。

當(dāng)PWM占空比為50%時，電機保持靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)PWM占空比大于50%時，電機正轉(zhuǎn)，當(dāng)PWM占空比小于50%時，電機反轉(zhuǎn)。

其實當(dāng)占空比為50%時，電機并不是靜止的，而是在原地抖動，因為電機上的電流也是一個交流的，這個抖動能有效克服電機的靜摩擦，使電機能快速啟動，迅速反應(yīng)，適用與需要動態(tài)性能好的場合，比如說，光驅(qū)里面控制光頭前后移動的電機，直流伺服電機，還有就是現(xiàn)在匠人正做的那個二輪小車驅(qū)動車輪的電機也適合用這個方法來驅(qū)動。

當(dāng)然了，單極和雙極調(diào)制也可以把4只管子都關(guān)斷，使電機自由減速，而不是靠方向力矩來進行減速。

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