PWM驱动

 

通常，无刷直流电动机由线性放大器进行驱动(图4a)。当在中间范围功率条件下驱动电阻负载时，线性控制电路具有50%的最差条件下的效率。

 

目前，大部分电动机采用脉冲宽度调制(PWM)，其将模拟输入电压转换为可变占空比的驱动信号(图4b)。从零占空比(在所有时间关闭)开始，占空比增加到电动机开始转动，直到电动机运转在应用要求的速度和/或扭矩下。

 

PWM控制电路的损耗主要是由于开关MOSFET和回扫二极管的导通电阻，这意味着效率最高是80%到90%。然而，在高速开关频率下，要求打开和关闭MOSFET的能量变得很大。

 

除了提高效率以外，PWM也可以限制控制速度和转速的启动电流。优化开关频率依赖于惯性、无刷直流电动机的电感以及应用。

 

一般情况下，增加开关频率会增加PWM的损耗。另一方面，降低开关频率会限制系统的带宽，并且会增加纹波电流脉冲，从而导致电流变得有害或者关闭无刷直流电动机的驱动。

 

 

直到采用了无刷直流电动机的驱动IC，三相无刷直流电动机的设计师才配置三个分立的门驱动器和六个MOSFET。目前可以获得的一个集成全保护三相无刷直流电动机驱动IC的例子是SA305。

 

由Apex Microtechnology开发的这款IC采用DMOS功率输出器件和CMOS控制逻辑可以提供高达300 W的功率2。它包括过流、短路和温度保护。而且，如果瞬时电流超过12 A，它将关闭。

 

在三相无刷直流电动机应用中该IC具有三个独立的DMOS FET半桥，在微控制器或DSP控制下用来提供高达10-A峰值的输出电流(再次参见图2)。在运转中，当电动机转子旋转时，控制器使得高电位驱动一个电动机终端，另一个为低，并且第三个悬空(图3)。

 

由来自霍尔传感器的反馈确保了这一连串动作的适当同步。在每一时刻，传感器保持向微控制器报告相对于定子线圈的转子位置。

 

如果两个半桥的上半部分和下半部分同时变化，贯通就会发生。由于它可能使电路过载，并且会损坏MOSFET，所以必须避免贯通的发生。为了避免贯通，SA305 插入了停止时间，以便在电源加载到导通的MOSFET上时，MOSFET可以完全整流到下一个状态。SA305也提供无效状态指示，并监视三个电动机状态中的每个状态。

 

微控制器或其他智能逻辑器件可以实际控制所有的无刷直流电动机。例如，Microchip公司的PIC18F2331包含了可编程的14-bit功率控制PWM模块，插入停止时间来避免贯通(图5)。

 

 

当选择电动机、无刷直流电动机或相反时，尽管你可以求助于许多的消息来源，但是参考1是一个好的起点。它指出如何针对效率、扭矩、功耗、可靠性和成本来选择电动机。