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增强型PWM抑制功能对于直列式电机控制的五大优势

2016年12月05日 10:54 次阅读

  解决问题的方法通常不止一种。有时使用最广泛的方法并不会产生最大利益。电机控制项目的系统设计人员使用各种电流测量方法确保电机高效运行并防止可能的损坏。在电机设计中有三种主要方法可测量电流。在本博文中,将回顾这三种方法,并分享直列式电机电流感应使用增强型脉冲宽度调制(PWM)抑制的五大优势。

  如图1所示,基本上有三种不同的方法来测量三相电动机驱动系统中的电流:低侧、直流链路和直列测量。图1所示的是传统三相PWM逆变器,该逆变器使用三对功率MOSFET(绝缘栅双极晶体管IGBT也很常见)来驱动直流电动机。该图还包括高侧电流感应,其通常在显著错误情况下使用,比如接地电路短路的情况。

  图1:三相电机驱动系统的各种电流感应方法

  许多设计人员使用前两种方法(低侧、直流链路及其各种组合),因为标准电流感应解决方案很容易获得——通常具有快速响应时间、更高带宽、快速输出转换速率和低共模输入电压。但是,这些现有的产品可通过低侧或直流链路感应相电流,但并不意味着就是最简单的解决方案。用这些方式测量电流的主导思想是试图复制被驱动到电机绕组中的电流。这种复制情况发生在软件中;它可广泛参与,但不够精确。

  直列式电流感应方法看似是最合理的,因为这是最终要测量的电流。但这种方法存在一个问题。驱动MOSFET或IGBT的PWM信号对电流感应放大器造成严重破坏。感测电阻处的共模信号从电源电压被驱动到接地,具有非常快速的瞬态开关特性,而电流感应放大器试图测量感测电阻本身的小差分信号。图2是由PWM逆变器产生的正弦相电流(红色波形)的示波器截图。这种情况下,PWM频率为100兆赫(MHz),由LMG5200 GaN半桥功率级提供(更多详细信息,请参见底部的TI设计)。需要注意的是,快速开关信号是直列式电流感应放大器测量相电流时所接收的信号。这就像在有飓风的情况下,当杯子在海上漂浮,而试图测量杯中液体一样。难怪大多数设计师会考虑使用低侧感应!下面我们将介绍另外一种方法。

  图2:在快速共模瞬变期间测量相电流

  描述潜在优势之前,先解释一下增强型PWM抑制。增强型PWM抑制是一种有源电路,它比传统方法更快速的稳定输出电压。因为电流感应放大器可以检测具有快速转变的输入共模信号,所以这些扰动在设备输出传播时将降至最低。减少这些干扰(被设计者亲切地称为“振铃”)的另一种方法是使用高带宽放大器(在MHz范围内)尽快稳定输出,但这种方法的成本可能很昂贵。

  图3所示为在没有噪声引入的情况下,每个相的输出电压信号。红色波形是信号,表示功率晶体管尽可能接近正弦波形地复制到电动机,该晶体管以电子方式换向。电流感应放大器将经历从电源轨(例如,VBATT = 48V)到接地的输入共模电压信号。

  

  优势1:减少消隐时间

  共模PWM瞬态抑制允许在电流感应放大器的输出上具有较少的“振铃”。不得不等待电压信号稳定是主要的缺点,特别是对于需要低忙闲度(≤10%)的系统更是如此,因为测量电流的时间缩短了(在工业上通常称为消隐时间)。

  优势2:直列电流感应

  与高共模输入电压相结合,增强型PWM抑制可监控直列式电流。前面讨论过,由于其暴露的恶劣环境,电流感应放大器的鲁棒性是必须的。除这一要求外,放大器还必须具有高AC和DC精度,为系统设计人员提供精确的电流传感器测量,您可在TI TechNote中使用INA240阅读更多的直列式电机电流感应的信息。

  优势3:可能消除电隔离

  增强型PWM抑制的另一个优势很微妙,但又很重要。通过增强型PWM抑制,当电流隔离并非系统所要求时,设计人员无需使用隔离的电流感应设备。客户经常使用隔离设备来解耦PWM信号通过感测电阻时产生的噪声。使用增强型PWM抑制不再需要去耦。

  优势4:算法优化

  我之前提到过这一优势——算法优化。利用增强型PWM抑制,不需要再复制或计算相电流,因为可直接得到现成答案。只需很少的软件就能有效地运行电机。

  优势5:提高电机效率

  我想谈谈最后一个优势——提高电机效率,这对设计师来讲可以说是最重要的。电机制造商和电机驱动系统设计者一直在寻找提高电机效率的方法。高AC和DC精度、快速的输出响应和减少消隐时间使得电机以尽可能高的效率运行。多相电机的精确定时控制尽可能地减少消隐时间,从而最大化电机效率。

  图4所示为五大优势。

  

  图4:增强型PWM抑制的五大优势

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dsp28335例程pwm讲解

CFD方法电路原理及双极性信号成形方法

介绍PET系统中定时方法时有介绍到目前大部分使用到的是CFD方法,CFD是Constant Frac...

发表于 2018-02-12 05:08 161次阅读
CFD方法电路原理及双极性信号成形方法

机器人设计中利用51单片机输出PWM波的方法

PWM这个功能在飞思卡尔、STM32等高档的单片机内部有专用的模块,用此类芯片实现PWM功能时只需要...

发表于 2018-02-11 11:29 404次阅读
机器人设计中利用51单片机输出PWM波的方法

STM32定时器产生PWM彻底应用

这次学习STM32花了很长时间,一个礼拜多,也有颇多收获,学习过程也有颇多曲折。这次的任务是:用ST...

发表于 2018-02-11 11:26 443次阅读
STM32定时器产生PWM彻底应用

ATMage16的16位定时器的PWM应用

本文详细介绍了ATMage16的16位定时器的PWM应用。

发表于 2018-02-11 11:22 283次阅读
ATMage16的16位定时器的PWM应用

飞思卡尔M9S12XS128单片机初学之PWM调...

本文着重应用实践,理论性的东西少谈为妙,因为理论的东西资料上都有。想借此平台记录下调试心得以免日后遗...

发表于 2018-02-11 11:20 180次阅读
飞思卡尔M9S12XS128单片机初学之PWM调...

STC12C5201AD单片机的PWM功能的应用...

52xxAD系列单片机的内部集成了两路可编程计数阵列模块(PCA),可用于软件定时器、外部脉冲的捕捉...

发表于 2018-02-11 11:14 286次阅读
STC12C5201AD单片机的PWM功能的应用...

STM32基础PWM输出

目的:基础PWM输出,以及中断配合应用。输出选用PB1,配置为TIM3_CH4,是目标板的LED6控...

发表于 2018-02-10 16:47 209次阅读
STM32基础PWM输出

从电路的角度出发,提出了一种新的SOC跨时钟域同...

针对当前SOC内部时钟越来越复杂、接口越来越多以及亚稳态、漏信号等常见的各种问题,分析了以往的优化方...

发表于 2018-02-09 14:30 741次阅读
从电路的角度出发,提出了一种新的SOC跨时钟域同...

西门子PLC在弱频谱发电机内部护卫体系应用

S7 300PLC继承了西门子S系列PLC体积小,组态灵活、功能强大的传统设计特色,非常适合机组主保...

发表于 2018-02-08 20:43 121次阅读
西门子PLC在弱频谱发电机内部护卫体系应用

STM8单片机PWM应用

PD3复用功能是TIM2_CC2,正好可以用来测试PWM功能。本例程通过电位器调整PWM脉宽来调整接...

发表于 2018-02-08 20:18 185次阅读
STM8单片机PWM应用

PWM控制LED灯的亮度程序(C 语言)

控制LED灯的亮度,通过调节电压的方式可以达到,但不理想,而且可调的范围很小,电压稍高,还容易把LE...

发表于 2018-02-07 16:45 432次阅读
PWM控制LED灯的亮度程序(C 语言)

电机该如何检查接线 ?

三相异步电机的构成;电机固定不动的部分叫做定子、定子由电机外壳、3个绕组线圈和硅钢条构成,转子就是可...

发表于 2018-02-07 09:15 345次阅读
电机该如何检查接线 ?

直流电机的PWM速度控制程序

* =======直流电机的PWM速度控制程序======== */ /*晶振采用11.0592M,...

发表于 2018-02-07 08:44 341次阅读
直流电机的PWM速度控制程序

开路电压超过200V直流 PWM控制方法

所有用PWM都是最简单的方式,因为这个是48V 96V使用。太阳能电池板的开路电压,可能超过200V...

发表于 2018-02-07 08:40 265次阅读
开路电压超过200V直流 PWM控制方法

电机绕组匝间短路原因及处理方法

绕组发生短路时通常会表现为电机供电回路熔丝熔断或开关跳闸;电机绕组发生短路时产生很大的电流而使线圈迅...

发表于 2018-02-06 14:20 585次阅读
电机绕组匝间短路原因及处理方法

电路中的晶振起什么作用,你知道吗?

通过晶振的原理图你应该大致了解了晶振的作用以及工作过程了吧。采用谐波次数越高的晶振,其等效电容C1就...

发表于 2018-02-06 12:39 1293次阅读
电路中的晶振起什么作用,你知道吗?

简单脉冲控制(PWM)直流电机调速电路方案

  555芯片组成一频率为1KHZ的多谐振荡器,脉冲宽度主要通过电阻R1,R2,R3,D1及C2控制...

发表于 2018-02-05 11:47 813次阅读
简单脉冲控制(PWM)直流电机调速电路方案

基于PWM技术的太阳能控制器的制作

太阳能发电系统是利用太阳能电池板(PV板)吸收太阳的光能转化为电能,充电给蓄电池储能,再输出直流低压...

发表于 2018-02-05 11:43 324次阅读
基于PWM技术的太阳能控制器的制作

伺服电机负载惯量比计算方法以及影响

惯量就是刚体绕轴转动的惯性的度量,转动惯量是表征刚体转动惯性大小的物理量。它与刚体的质量、质量相对于...

发表于 2018-02-05 11:23 1587次阅读
伺服电机负载惯量比计算方法以及影响