如何估計(jì)電機(jī)能量反饋和虛擬機(jī)電源的泵浦幅度

電機(jī)能量反饋是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中常見的問題。許多設(shè)計(jì)人員不得不選擇兩倍于額定電壓水平的電機(jī)電源電壓(VM)水平，這將增加系統(tǒng)成本。幸運(yùn)的是，如果您可以首先估計(jì)泵的揚(yáng)程，您可以選擇確切的虛擬機(jī)余量。在本系列的第一篇文章(專門針對(duì)常見問題)中，Nicholas Oborny給出了如何閱讀電機(jī)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品規(guī)格的建議。今天，通過介紹一種估算抽水量的方法，作者將繼續(xù)談?wù)撨@個(gè)話題。

虛擬機(jī)泵浦波形

圖1示出了減速期間由能量反饋引起的典型虛擬機(jī)泵送波形。當(dāng)輸入脈寬調(diào)制(脈寬調(diào)制)的占空比從99%變?yōu)?0%時(shí)，虛擬機(jī)電壓從24V升至32V。(測試是在TI電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備DRV8840上進(jìn)行的，drv 8840是一款5A刷DC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。)

圖1:再生電能現(xiàn)象和虛擬機(jī)泵現(xiàn)象

泵送機(jī)構(gòu)

在這里，我們需要一些關(guān)于DC/DC電源管理的背景信息，以了解抽水機(jī)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(qǐng)參考圖2。有趣的是，在PWM控制時(shí)使用H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，可以同時(shí)看到降壓和升壓的過程。如圖3所示，它是一個(gè)典型的脈寬調(diào)制導(dǎo)通期間的降壓電路。在圖4中，在脈寬調(diào)制的關(guān)斷周期中，反電動(dòng)勢(shì)(EMF)充當(dāng)升壓機(jī)構(gòu)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橋中的升壓轉(zhuǎn)換

有刷DC電機(jī)的運(yùn)行模式可以表示為等式(1)。

在正常驅(qū)動(dòng)條件下，脈寬調(diào)制占空比=D，電機(jī)將以等式(2)所示的電壓VDRV驅(qū)動(dòng)的速度運(yùn)行。

根據(jù)等式(1)，我們應(yīng)該能夠估計(jì)

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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(yùn)行狀態(tài)下不存在VM泵升。

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

占空比剛剛減小后，電機(jī)的速度不能突然改變，因此基于新的占空比D2計(jì)算出VBST是

根據(jù)方程式（6）、（7），我們可得出

當(dāng)K * D1/ D2 > 1時(shí)，我們可估算出

VBST將比VVM高，并引起泵升效應(yīng)。假設(shè)K接近1，那么任何時(shí)候您減小占空比并使D2 < D1，VM泵升均會(huì)發(fā)生。例如，要是您讓占空比從100％減至50％，則VBST= 2 * VM。要是您讓占空比從90％減至30％，那么您將看到泵升電壓是VM的3倍。

泵升測試