三种H桥驱动方式
1、受限单极驱动
(高端驱动)负载与GND相连。
即H桥的上半桥臂用PWM控制,而下半桥臂常开。
T0时刻Q1接PWM,Q2、Q3关闭,Q4常开。Q1不能立即导通,D1导通短时间续流,电流I增大,电压为U。t1时刻,Q1关断,且不能立即关断,D1导通短时间续流,之后D2导通续流。
t2时刻之后,Q3输入PWM控制,Q1、Q4关,Q2常开。Q3不能立即导通,D3导通续流,电流反向增大,电压为-U,t3时刻Q3关闭,且不能立即关闭,D3导通短时间续流,D4导通续流。
(低端驱动)负载于电源正极相连。
即上半桥臂导通,下半桥臂用PWM控制,相当于负载于电源正极相连。
低端驱动导通类似于高端驱动,不同的是下管关闭时续流环变成上桥臂与负载。
优点:控制方式简单。
缺点:不能刹车
(借助这 4 个开关还可以产生电机的另外 2 个工作状态:
A) 刹车 —— 将Q2 、Q4开关(或Q1、Q3)接通,则电机惯性转动产生的电势将被短路,形成阻碍运动的反电势,形成“刹车”作用。
B) 惰行 —— 4个开关全部断开,则电机惯性所产生的电势将无法形成电路,从而也就不会产生阻碍运动的反电势,电机将惯性转动较长时间。)
不能能耗制动,在负载超过设定速度时不能提供反向力矩。调速静差大,调速性能很差,稳定性也不好。
2、单极驱动
即对H桥一侧的半桥输入高级定时器产生的互补PWM控制
(高端驱动)即上桥臂输入PWM控制,除PWMN控制的下桥臂的另一下桥臂常开。相当于负载与GND相连。
t0时刻Q1、Q4导通,电流I增加电压为U,t1时刻Q1截止,Q2导通,电流I减小,电压为电机产生的小负电压,此时Q2、Q4形成通道续流。
(此时mos做续流通道有两个好处
1.mos导通压降低比二极管发热少,效率更高
2.二极管不能产生反向电流,而mos管可以通过反向电流)
(低端驱动)即下桥臂输入PWM控制,除PWMN控制的上桥臂的另一上桥臂常开。相当于负载与电源正极相连。
与单极高端驱动模式相似,只是把PWM的控制信号换到了下半桥,把常开的桥臂换到了上半桥,相当于把电机负载与电源正极相连。与高端驱动不同的是,低端驱动在PWM控制桥臂关闭时,电路的续流通道换为上桥臂导通续流。即Q1和Q3导通续流。
单极驱动模式
优点:启动快,能加速,刹车,能耗制动,能量反馈,调速性能不如双极模式好,但是相差不多,电机特性也比较好。如果接成H桥模式,也能实现反转。
在负载超速时也能提供反向力矩。
缺点:刹车时,不能减速到0,速度接近0速度时没有制动力。不能突然倒转。动态性能不好,调速静差稍大。
刹车:电机反电动势在PWM关断时间伏秒数会大于电源电压在PWM开通时间加在电机上的伏秒数,即电机会产生反向电流,使电机产生反向力矩,如果这个力矩大的话,电机就可以刹车。反向电流还可以在PWM开通时反馈回母线电容和电池中,做到能量回馈,如果电池为二次电池,能量反馈是有好处的。
在控制PWM占空比时,占空比变大电机加速,占空比减小,速度减小。如果占空比在瞬间减小电机反电动势伏秒值会很大,产生刹车的效果,如果占空比突然减小到零,相当于把电机短路,即把电机直接短路。这是急刹车,会对电机,mos管有损伤。
3、双极模式
电枢电压极性是正负交替的。需要两组互补PWM同时对4个MOS管进行控制。
其中Q1和Q2是一组互补PWM,Q3和Q4是另一组互补PWM。
t0时刻Q1和Q4导通,t1时刻,Q3和Q4反向,因为Q3不能立即导通且感性负载电流方向不能突变所以D3导通续流。
t2时刻Q1和Q2反向,Q2、Q3、负载和母线电容续流,t3时刻,负载电流过零,Q2、Q3、负载和母线电容电流反向。
t4时刻Q3、Q4反向Q4不能立即导通,D4导通续流,t5时刻Q1、Q2反向。
下图为全过程的电流,电压图:
优点:能正反转运行,启动快,调速精度高,动态性能好,调速静差小,调速范围大,能加速,减速,刹车,倒转,能在负载超过设定速度时提供反向力矩,能克服电机轴承的静态摩擦力,产生非常低的转速。
缺点:控制电机复杂,在工作期间,4个MOS管都处于开关状态,功耗大。
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