如何估計電機能量回饋及VM電源泵升幅度

時間：2020-08-11 18:57:01

關(guān)鍵字： drv8840

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[導讀] 電機能量回饋問題是一個發(fā)生在電機驅(qū)動系統(tǒng)中的常見問題。許多設(shè)計人員不得不選擇相當于額定電壓水平兩倍的電機電源電壓（VM）等級，這會增加系統(tǒng)成本。幸運的是，如果您能先估計泵升幅度，您就可以選擇恰好

電機能量回饋問題是一個發(fā)生在電機驅(qū)動系統(tǒng)中的常見問題。許多設(shè)計人員不得不選擇相當于額定電壓水平兩倍的電機電源電壓（VM）等級，這會增加系統(tǒng)成本。幸運的是，如果您能先估計泵升幅度，您就可以選擇恰好的VM裕度。在本系列（專門針對常被問到的問題）的第一篇文章中，Nicholas Oborny就如何閱讀電機驅(qū)動器產(chǎn)品說明書提供了意見。今天，通過介紹一種估計泵升水平的方法，筆者將繼續(xù)談?wù)撨@個話題。

VM泵升波形

圖1展示了在減速過程中由能量回饋引起的典型VM泵升波形。當輸入PWM（脈寬調(diào)制）占空比從99％變?yōu)?0％時，VM電壓從24V被泵升至32V。（在TI電機驅(qū)動器裝置DRV8840上進行的測試，DRV8840是一種5A的有刷直流 (DC) 電機驅(qū)動器。）

圖1：再生電能現(xiàn)象和VM泵升現(xiàn)象

泵升機制

在這里我們需要一些DC/DC電源管理背景資料以了解泵升機制。因此，讓我們來看看典型的降壓 — 升壓電路是如何工作的；請參閱圖2。有趣的是，在PWM控制過程中使用H橋驅(qū)動電機時，您能同時看到降壓和升壓的過程。如圖3所示，在PWM的開通時間段，它是一個典型的降壓電路。而圖4中，在PWM的斷開時間段，對反電動勢（EMF）而言，則充當升壓機制中的輸入電源。

圖2：降壓和升壓電路

圖3：H橋中的降壓變換

圖4：H橋中的升壓變換

該有刷DC電機的運行模式可表示為方程式（1）。

在正常驅(qū)動條件下，PWM占空比 = D，該電機將以方程式（2）所示電壓VDRV驅(qū)動的速度運行。

根據(jù)方程式（1），我們應(yīng)能估算出

升壓效應(yīng)將使VBST為

根據(jù)方程式（2）、（3）、（4），我們可估算出

因此，在正常運行狀態(tài)下不存在VM泵升。

當PWM占空比從D1減小至D2時，就在發(fā)生減小的時間點之前，我們可估算出

占空比剛剛減小后，電機的速度不能突然改變，因此基于新的占空比D2計算出VBST是

根據(jù)方程式（6）、（7），我們可得出