【H橋電路】控制電機(jī)的兩種PWM模式詳解-KIA MOS管

控制電機(jī)的兩種PWM模式

橋電路應(yīng)用最多的場(chǎng)合是控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)（比如特斯拉電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電路）。電機(jī)負(fù)載可以使用電阻Rm，電感Lm以及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Vg的串聯(lián)來描述。電機(jī)運(yùn)動(dòng)所需要的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩是由流過串聯(lián)電路的電樞電流所產(chǎn)生，而電樞電流則是由施加在串聯(lián)電路上的電壓所產(chǎn)生。

由于電機(jī)本身帶有儲(chǔ)能慣性環(huán)節(jié)（包括有電儲(chǔ)能器件Lm以及機(jī)械儲(chǔ)能部件轉(zhuǎn)子的慣性），因此當(dāng)使用高頻的脈沖電壓（PWM）作用在電機(jī)兩端時(shí)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的效果實(shí)際上由脈沖電壓的平均值決定。

為了產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電機(jī)不同極性、不同幅值的電壓，控制電機(jī)PWM波形有兩種工作模式：

極性-幅值驅(qū)動(dòng)模式（Sign-Magnitude Drive），也稱單極性驅(qū)動(dòng)模式：驅(qū)動(dòng)電機(jī)的信號(hào)有控制H橋輸出極性的方向控制信號(hào)和控制PWM占空比幅值的脈沖信號(hào)；PWM占空比為0時(shí)，輸出電壓為0。

極性-幅值驅(qū)動(dòng)模式橋電路的輸出與負(fù)載電壓電流波形

互鎖相位驅(qū)動(dòng)模式（Lock Anti-Phase），也稱雙極性驅(qū)動(dòng)模式：橋電路兩邊由極性相反PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)。PWM占空比為50%時(shí)，輸出平均電壓為0。

互鎖相位驅(qū)動(dòng)模式下橋電路的輸出與負(fù)載的電壓電流波形

在單極性（極性-幅值）驅(qū)動(dòng)模式下，H橋電路只有通常只有兩個(gè)晶體管做高頻開關(guān)動(dòng)作，電路損耗較小。但往往由于回路中的電阻存在，使得電機(jī)電流與PWM波形之間不再是線性關(guān)系。

在雙極性（互鎖相位）驅(qū)動(dòng)模式下，四個(gè)功率晶體管都需要同時(shí)做高頻開關(guān)動(dòng)作，電路損耗相對(duì)較大。但電路控制負(fù)載的電流輸出是線性的關(guān)系。

下圖給出了電機(jī)在雙極性驅(qū)動(dòng)模式下，正向電流與反向續(xù)流過程中的電流回路。由于兩個(gè)過程只是極性相反，但電壓相同，所以電機(jī)的平均電流與PWM的占空比呈現(xiàn)線性正比的關(guān)系。

電機(jī)在雙極性PWM驅(qū)動(dòng)下正向?qū)ㄅc反向續(xù)流的回路

雙極性PWM模式還可允許電機(jī)工作在四項(xiàng)限（正向運(yùn)行、正向發(fā)電、反向運(yùn)行、反向發(fā)電）的模式下，在驅(qū)動(dòng)大功率電機(jī)時(shí)會(huì)效率更高。

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