PWM 技術(shù)介紹，哪種 PWM 技術(shù)最適合您的電機(jī)控制應(yīng)用？

PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(wú)(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開(kāi)的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。

PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，再進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換?？蓪⒃肼曈绊懡档阶畹?可以跟電腦一樣)。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。

對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長(zhǎng)通信距離。在接收端，通過(guò)適當(dāng)?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式。

PWM控制技術(shù)一直是變頻技術(shù)的核心技術(shù)之一。1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把這項(xiàng)通訊技術(shù)應(yīng)用到交流傳動(dòng)中，從此為交流傳動(dòng)的推廣應(yīng)用開(kāi)辟了新的局面。

那么，哪種 PWM 技術(shù)最適合您的電機(jī)控制應(yīng)用?如果您沒(méi)有猜到，這是一個(gè)有點(diǎn)棘手的問(wèn)題。這有點(diǎn)像問(wèn)“哪種冰淇淋口味最好”，因?yàn)槊總€(gè)人都知道答案顯然是“巧克力片”。PWM 的口味沒(méi)有冰淇淋那么多，但它們的種類可能比您想象的要多。哪一個(gè)最適合您的應(yīng)用程序顯然取決于您的應(yīng)用程序。因此，讓我們花一些時(shí)間閱讀接下來(lái)的幾篇博客，了解不同的 PWM 拓?fù)浼捌鋬?yōu)缺點(diǎn)，以努力選擇適合您的。

對(duì)于那些更有經(jīng)驗(yàn)的電機(jī)控制工程師，請(qǐng)?jiān)谖覟檫@個(gè)主題做準(zhǔn)備時(shí)放縱一下。如果不首先了解電機(jī)中的能量傳輸是如何發(fā)生的，就不可能對(duì)不同的 PWM 技術(shù)進(jìn)行有意義的討論。在研究能量傳遞時(shí)，我們通常參考如下所示的二維速度-扭矩圖，其中速度是 x 軸，扭矩是 y 軸。

如果將速度乘以扭矩，就會(huì)得到功率。所以上圖中的面積對(duì)應(yīng)的是功率。藍(lán)色區(qū)域是電機(jī)功率為正的區(qū)域(即電機(jī)正在將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能)。但圖中的紅色區(qū)域表示電機(jī)功率為負(fù)的區(qū)域(即電機(jī)正在將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能)。如果您不小心，這就是您可能會(huì)遇到問(wèn)題的地方。如果電機(jī)正在產(chǎn)生電能，則需要為該電能提供一些地方。如果您的應(yīng)用是一輛滑下山坡的電動(dòng)汽車，則可以通過(guò)給電池充電來(lái)充分利用產(chǎn)生的電能。但是如果你有一個(gè)需要突然停止負(fù)載的電力驅(qū)動(dòng)器，

某些 PWM 拓?fù)鋾?huì)固有地阻止能量再生回到您的電源中。事實(shí)上，有些只允許電機(jī)在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)并在同一方向上產(chǎn)生扭矩。如您所料，這些驅(qū)動(dòng)器稱為單象限驅(qū)動(dòng)器在象限 1 或象限 3 中驅(qū)動(dòng)和運(yùn)行。這種驅(qū)動(dòng)器的典型示例如下所示，其中 PWM 信號(hào)應(yīng)用于單個(gè)晶體管。這些類型的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器在成本至關(guān)重要的應(yīng)用中很常見(jiàn)，例如玩具、電動(dòng)?jì)雰呵锴У?。電機(jī)只能在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)并在同一方向上產(chǎn)生扭矩。如果您嘗試通過(guò)降低占空比來(lái)使電機(jī)減速(即產(chǎn)生負(fù)制動(dòng)扭矩)，則電機(jī)只會(huì)緩慢地滑行。這是因?yàn)檫@種配置無(wú)法在電機(jī)中產(chǎn)生負(fù)電流。旋轉(zhuǎn)負(fù)載中的所有動(dòng)能最終都會(huì)在負(fù)載摩擦中以熱量的形式耗散，并且沒(méi)有任何動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)換回電能。

然而，如果你想讓電機(jī)前進(jìn)和后退，你需要提供一種方法來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流在負(fù)方向。您可以使用單獨(dú)的負(fù)電源來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，但這通常成本過(guò)高。一種更常見(jiàn)的方法是將電機(jī)置于“H 橋”中，如下所示。現(xiàn)在您有四個(gè)晶體管，每個(gè)晶體管都可以獨(dú)立打開(kāi)和關(guān)閉。這允許一些相當(dāng)有趣的可能性，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在有一個(gè)能夠在所有四個(gè)象限中運(yùn)行的配置。如何相對(duì)于彼此切換晶體管將決定電機(jī)將在哪個(gè)功率象限中運(yùn)行。

在我們的下一篇文章中，我們將研究如何使用上述 H 橋配置來(lái)創(chuàng)建單極二象限驅(qū)動(dòng)器。