馬達｜基礎篇

使用PWM輸出方式驅動有刷直流馬達：PWM驅動時的電流再生方法

2022.05.11

重點

・有刷直流馬達的PWM驅動會反覆外加電壓和電流再生動作。

・有刷直流馬達的PWM驅動使用H橋的電流再生方法有多種，再生電流路徑不同損耗也不同。

在上一篇文章對有刷直流馬達的PWM驅動原理的說明中，介紹了基於馬達兩端短路的電流再生方法，實際上有刷直流馬達的PWM驅動中還有其他電流再生方法，有刷直流馬達的PWM驅動中的每種方法都有其應該考慮的事項。

使用PWM輸出方式驅動有刷直流馬達：電流再生方法

下面是用來說明PWM驅動原理的示意圖。其中省略了沒必要列出的電晶體。（a）是外加電壓時的電流再生，（b）是馬達兩端短路方法的電流再生。

由於使用了電晶體（在該範例中為MOSFET）來切換H橋，因此考慮到現實問題，需要將電晶體的導通電阻作為每條路徑中的損耗加以考慮。該思路也同樣適用於後續的電流再生方法。

除了（b）以外，還有三種電流再生方法。（c）是在外加電壓的狀態下的只斷開Q1（Q2和Q3保持關斷，而Q4保持導通）的方法。
在這種情況下，再生電流經由關斷中的Q2的寄生（本體）二極體流動，與（b）中相同。此時，路徑中不僅包括導通電阻，還包括寄生二極體的正向電壓VF。因此，電流會迅速衰減。另外，外加到馬達的等效平均電壓會損耗VF的量，因此會小於占空比相應的電壓。

（d）是斷路所有電晶體的方法。在這種情況下，再生電流經由關斷的Q2和Q4的寄生二極體流動。在該路徑中，Q2和Q3的兩個寄生二極體的VF會成為損耗。

另外，由於電源Ea進入電流路徑並使電流沿相反的方向流動，所以再生電流的衰減非常快，並且外加於馬達的相對於ON占空比的等效平均電壓變得非常低。當以50％占空比驅動時，外加於馬達的等效平均電壓將接近於零。此時，由於存在二極體，因此當電流變為零時將停止再生，並且沒有電流沿相反方向流動。

（e）是使與外加電壓時相反的電晶體導通的方法，也就是從Q1和Q4導通、Q2和Q3關斷的電壓外加狀態變為Q1和Q4關斷、Q2和Q3導通的狀態，即偏置狀態。

在這種情況下也同樣，電源Ea進入電流路徑並使電流反向流動，因此再生電流的衰減非常快，在再生電流經由二極體時，當電流變為零時再生停止，但由於電晶體處於導通狀態，故電流將以相反的方向流動。

因此，如果按照與（d）相同的50％占空比進行驅動，則外加於馬達的等效平均電壓將變為零。在占空比為100％時，外加於馬達的等效平均電壓最大。在占空比從100％到50％之間，可以與占空比成正比控制從最大到零的外加電壓。另外，當占空比從50％到0％時，電流從100％到50％反向流動。該條件下的PWM電壓和電流波形如下所示。

關於有刷直流馬達的PWM驅動的說明中提到的損耗問題，將在下一篇文章中單獨進行介紹。

【下載資料】 有刷直流馬達及其驅動方法基礎

有刷直流馬達是用途最廣的馬達，應用廣泛。本手冊提供了有刷直流馬達的基礎知識， 解釋了其結構、工作原理、特點和驅動方法。

使用PWM輸出方式驅動有刷直流馬達：PWM驅動時的電流再生方法
下載

    馬達

    基礎篇