2024-01-17 Share: 馬達註解透過 PWM 驅動實現馬達恆定電流運行

This article describes the motor constant-current operation through PWM driving

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代表性的馬達驅動方法包括電壓驅動、電流驅動和PWM驅動。本文討論 PWM 恆流操作。

當馬達採用恆定電流驅動時，會產生什麼樣的運轉結果？恆定電流驅動時，馬達可以恆定扭矩旋轉。馬達扭矩是扭矩常數和馬達電流的乘積。也就是說，馬達扭矩與電流成正比，因此如果電流恆定，則扭矩同樣恆定。

首先，圖1顯示了使用PWM驅動進行恆定電流操作的電路的範例。這是一個馬達驅動電路，具有使用四個開關（例如 MOSFET）的 H 橋作為輸出級。H 橋在 Tech Web 的基礎知識區域中有詳細解釋，可以在此處存取。

此外，PWM驅動本質上是一種透過開啟和關閉脈衝來提供所需功率的方法。脈衝的高度（電壓）及其頻率是恆定的；調節導通脈衝寬度（時間）以控制供電。詳細內容請參閱Tech Web基礎知識專區的此部分。

從這一點開始，將解釋上述電路的實際工作原理。

圖 1 假設正向旋轉。在這種情況下，在一對MOSFET Q1和Q2中，Q1導通並且Q2截止，同時OUT1連接到電源電壓Ea並且電流流向馬達的正極。同時，Q3和Q4對中，Q3截止，Q4導通，OUT2透過驅動器RNF接腳處的Rs連接至GND。這是電流從電源流向馬達的通電狀態。

這裡的目標是恆定電流工作，因此必須控制電流恆定；這是由 Rs 和比較器完成的。Rs為電流檢測電阻。比較器將等於 Rs 乘以馬達電流的電壓與施加到參考電壓引腳 Vref 的參考電壓進行比較。參考電壓設定為 Rs 乘以所需的恆定電流值。

通電使馬達電流逐漸增大，當Rs偵測電壓超過Vref時，比較器關斷Q1（成對的Q2可以保持關斷，也可以導通），停止對馬達通電。

當通電停止時，馬達電流最初繼續流動，但逐漸減少。一定時間後，當Q1再次導通，馬達通電時，馬達電流再次開始增大，當Rs偵測電壓超過Vref時，Q1再次截止，停止通電，如此循環。在圖1的驅動器中，對振盪器(OSC)的頻率進行計數，並設定任意的關閉時間(toff)。工作波形如圖2所示。

透過這樣的反覆操作，流過三角波電流，其頂點為Vref除以Rs而得到的電流值。如果將Q1的截止時間(toff)設定得夠短，則可以流過實質上恆定的電流，即可以進行恆定電流操作。

以上是對馬達的PWM恆定流運轉的說明。在實際駕駛中，需要更精細的控制。例如，當通電停止且再生電流流動時，Rs中沒有電流流動，因此當恢復通電時，Rs中流動的電流存在較大變化。由於寄生電感始終存在，因此當此電流導通或關斷時，RNF 引腳處會出現如圖所示波形（參見圖 2）所示的大量電壓噪聲，並且電流會對寄生電容進行充電。 MOSFET流動，可能導致超過Vref。為了防止這種電壓噪聲引起的錯誤關斷操作，需要提供一個短時間段（tblnk），在此期間峰值電流被忽略並且沒有響應，或者必須提供濾波器來消除噪聲，或者必須使用其他一些措施。

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