Motor Notes PWM驅動的馬達定電流工作

馬達的典型驅動方法包括電壓驅動、電流驅動以及PWM驅動。本文將介紹採用PWM驅動方式的定電流工作。首先介紹的是什麼是PWM驅動的馬達定電流工作，其次是PWM驅動馬達定電流工作時電路的工作原理。

什麼是PWM驅動的馬達定電流工作?

當以恒定的電流驅動馬達時，馬達會怎樣工作呢？　當以恒定電流驅動時，馬達能以恒定轉矩旋轉。馬達的轉矩是轉矩常數乘以馬達電流後獲得的值。換句話說，馬達轉矩與電流成正比，所以如果電流恒定，轉矩也就恒定。

首先來看圖1，這是透過PWM驅動以恒定電流工作的電路範例。是一個帶有4個開關（在範例中以使用了MOSFET的全橋作為輸出段）的馬達驅動器電路。更多關於全橋的資訊，在Tech Web Motor的基礎知識中有詳細介紹，請參閱這裡。

另外，PWM驅動原則上是透過脈衝的ON/OFF來發送所需功率的一種方法。脈衝的大小（電壓）和週期是恒定的，透過調整ON時的脈衝寬度（時間）來控制要發送的功率。更多詳細資訊，同樣請參閱這裡的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，電流流過馬達的正極。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，電流從電源流向馬達，馬達處於通電狀態。

由於這裡的目的是定電流工作，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×馬達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。而基準電壓是根據所需的恒定電流值×Rs來設定。

當馬達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），停止給馬達通電。

當停止通電時，馬達的電流會試圖繼續流動，但會逐漸減少。然後，一定時間後，當Q1再次導通、馬達通電時，馬達的電流又開始增大，當Rs的檢測電壓超過Vref時，Q1再次關斷，停止通電。就這樣重複執行這樣的動作。圖1中的驅動器會對OSC（振盪器）的頻率進行計數，並已設置了任意的關斷時間（toff）。工作波形如圖2所示。

透過這種重複動作，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，即定電流工作。

以上是對PWM驅動的馬達定電流工作的說明，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。由於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雜訊（如圖2所示），或者流過對MOSFET的寄生電容進行充電的電流並導致超過Vref電壓。為了防止這些電壓雜訊引起的誤關斷動作，需要在PWM驅動上採取忽略短時間的峰值電流並設定不反應的時間（tblnk），或者用濾波器來濾除PWM驅動雜訊等措施。