12V-5A反激式開關電源例項
那麼，哪種 PWM 技術最適合您的電機控制應用?在之前的文章中，我們研究了單象限 PWM 技術，它非常適合成本極其敏感的電機控制應用，在這些應用中，您希望透過改變 PWM 訊號的佔空比來控制電機的速度。但是電機只能在一個方向上旋轉，並在同一方向上產生扭矩。我們還介紹了“H 橋”作為研究其他 PWM 拓撲的跳板。在這篇文章中，讓我們來看看如何使用 H 橋構建雙向速度控制功率級。特別是，我們將構建一個2 象限驅動器因為它可以產生具有正扭矩的正向運動(第 1 象限)，或產生具有負扭矩的反向運動(第 3 象限)。我們將再次選擇直流電機進行討論，因為使用直流電機更容易理解這些概念。
對於象限 1 中的單極性 PWM 操作，當我們向 Q4 施加 PWM 訊號時，Q1 連續導通。您可以點選此處觀看第 1 象限中單極 PWM 操作的動畫 。當 Q4 導通時，從 V匯流排建立電流路徑，透過 Q1，透過電機，透過 Q4，並透過地面返回。在此 PWM 狀態結束時，Q4 關閉。由於電機繞組有電感，所以會爭取保持電機電流同向流動。電感器保護它的電流就像母親保護她的孩子一樣。它實際上是在說，“別弄亂我的電流!如果你這樣做，我會產生任何必要的電壓來保持我的電流流動。” 結果，電感器迫使 Q3 的背體二極體導通。但由於 Q1 始終導通，電機電流將透過 Q1 而非直流電源返回。當您考慮時，您會意識到由於 Q1 持續開啟，該電路的行為與之前討論的單象限驅動器完全一樣，但有一個例外……如果您希望電機沿另一個方向旋轉，只需一直開啟 Q3 並改為 PWM Q2。這導致電機反向執行併產生負轉矩的象限 3 執行。您可以透過單擊檢視此過程的動畫在這裡。
有趣的是，在第一象限和第三象限操作中，無論電流在電機中流向哪個方向，母線電流要麼為正要麼為零!換句話說，這種 PWM 技術不能再生能量。這是因為感應反激電流被“困”在 H 橋的上半部分，永遠不會流回直流母線。這可能是優勢也可能是劣勢，具體取決於您的應用。如果您永遠不必擔心再生能源，那麼您就不必在設計中增加費用來處理它。另一方面，如果你想回收負載能量，那麼這種 PWM 技術對你來說不是一個好的選擇。
這種技術的另一個優點是它在任何給定時間只需要一個 PWM 訊號。這意味著與某些其他 PWM 拓撲相比，您可以從一個處理器控制更多電機。此外，在任何給定時間只有一個電晶體在開關，因此您的開關損耗最小化。最後，每個 PWM 週期只有一個二極體瞬變事件(當 Q3 背體二極體導通後 Q4 再次導通時)。因此，與我們之前討論的單象限技術相比，該技術不會產生更多的開關噪聲。
這種技術的主要缺點是即使你有四個電晶體，你仍然不能在所有四個象限中執行。這就像一輛沒有剎車的汽車!如果你想放慢速度，你有兩種選擇;將腳從油門上抬起並滑行(降低 PWM 佔空比)，或者突然將汽車倒車(立即從第一象限過渡到第三象限!)順便說一下，我不建議您嘗試這個，或者您可能會在整個高速公路上留下您的變速箱碎片!後一種情況稱為 PLUGGING。雖然它會導致電機超快減速，但這通常不是一個好主意，因為由此產生的高電流可能會使您的驅動器部件散落在整個實驗室工作臺上!
您應該知道，在一種情況下，這種 PWM 技術(甚至是上一篇文章中的單象限電路)可能會導致能量再生回到您的直流電源中。當負載使電機在任一方向加速時，沒有任何東西可以阻止它失控，因為這種 PWM 技術無法提供任何制動。電機將繼續加速，直到其反電動勢電壓幅值等於直流電源電壓。如果速度超過該點，FET 中的背體二極體將導通，負電流將流入直流母線。我們將在以後的文章中討論處理此問題的方法。
總之，這種 PWM 技術在需要雙向電機速度控制的應用中很受歡迎，但如果電機在您想要減速時自行滑行也沒有關係。在下一篇博文中，我們將看到僅透過改變其中一個電晶體上的一個 訊號，同時我們就可以使用能量再生來使電機減速。