慢速,混合和快速衰减模式。为什么我们要把事情复杂化?

如果你正在驱动感性负载,而它是有刷或无刷直流电机,步进电机,螺线管或继电器,你一定经历过一些问题,比如不需要的电流在不受欢迎的方向流动。如果你没有考虑到物理定律的这个事实,那么你有可能只有一次愉快的体验吸引你的晶体管。无论是双极晶体管还是场效应管,如果克服这种产生的电流的机制没有到位,所述晶体管将不会持续很长时间。但为什么会发生?

让我们快速看看我们的电感发生了什么。

电感器在被充电或放电时不会容忍电流的突然变化,这是已知的物理定律。这实质上是因为当您施加电压并且电流开始流过导电元件时,会产生磁场。同时,磁场产生的电流与输入电流相抵触,使得输入电流需要进入电感器。无论哪种方式,在充电结束时,我们可以看到进入电感的能量将以磁场的形式保持。好的,足够的基础知识。

我们图片中的情况A显示当前正愉快地流入我们的电感器。我高兴地说,因为实质上没有什么能阻止这种流动。只要FET通电,电流开始流动,直到电感饱和。但是当FET被禁用时会发生什么?这最终会发生,对吧?这可能没什么问题,除了存储在感应器内的所有能量现在都想要离开它的笼子,再加上电流不会突然改变,所以无论进入哪里,都必须继续熄灭。结果,电感现在成为源极,FET成为负载。但是FET已关闭!如情况B所描绘的那样,这种愤怒的潮流不会过多地关注其路径不存在。一条路或另一条路将被制造出来!正如情况经常如此,电压升高使得FET损坏。

我们需要为这种电流提供一种方式来找到一条不包含破坏我们晶体管开关的安全通道。解决方案通常以所谓的续流二极管的形式出现。请注意,二极管放置在FET导通时不能导通(其从阳极到阴极的电压为负)。只有当FET截止时,作为源极的电感使得二极管两端的电压为正,从而使其导通。在这种情况下,FET看不到电流并且没有负电压。

但是为什么我们在处理H桥时需要麻烦呢?前面的例子显示了一个简单的单个FET驱动器。H桥是否也遭遇同样的问题?是和否!实质上,问题仍然存在,因为当所述开关被禁用时,电感性负载仍将尝试通过禁用的FET进行传导。因此,如果不提供替代路径,H桥将遭受与单晶体管驱动器相同的命运。然而,H桥具有足够的替代路径,这就是当前的再循环或衰减模式发挥作用的地方。让我们快速看看H桥。

在H桥上,您只能在任何给定时间启用多达两个FET。完全禁止在同一侧使用两个FET,因为这会导致通过击穿(从电源到地的短路)。如果在左侧(AH)启用hi端FET,在右侧(BL)启用低端FET,则电流从左向右流动。如果感性负载称为直流电机,那么电机会沿着一个方向旋转,例如顺时针旋转。另一方面,如果在右侧(BH)启用高端FET,在左侧(AL)启用低端FET,则电流将从右向左流动。这具有在相反方向转动电机的理想效果,在这种情况下是逆时针方向。

不幸的是,只有我们从不禁用这些FET的情况下,所有这一切都是好事。因为只要你这样做,那么目前会试图继续沿着同一个方向流动,这会导致火焰正确吗?不一定......如果我们添加续流二极管以节省一天,该怎么办?其中四个应该这样做,对吧?事实证明,我们并不需要它们!就像我之前说过的那样,现在已经有很多替代路线了,我们所要做的就是使用我们已经拥有的相同的FET以及相关的内部体二极管。这有几个优点:

  1. 由于不需要额外的二极管(只要体二极管只用于非常短的时间),我们可以节省元件成本
  2. 无论如何,FET的效率远高于二极管,所以我们可以减少热量形式的功率损失。

但这是如何工作的?我们首先必须了解的是,必须始终避免“直通”。因此,如果我们打算使用系统中的部分或全部未使用的FET,则必须在先前有源FET仍处于开启状态时不打开它们。困惑?如果AH处于ON状态,我们不能让它处于ON状态,而AL处于ON状态,等等。

快速衰减模式

在快速衰减模式中,我们使用相反的FET为电流流过提供了一条备用路径。请注意,它看起来与我们允许电流以相反方向流动的极化相同。但是,我们记得目前不容忍突变是非常重要的。因此,在电流流向相反方向很久之前,它必须衰减到零。然后,它可以像我们之前看到的那样开始流动。

快速衰减模式就是这样调用的,因为这是最快的电流将会消失为零。注意你基本上是在电感上放置一个电压源加上两个电压降(FET上的电压乘以FET RDSon得到的电压降)。由于电感电压只能与电压源一样大,所以我们施加到电感上的新电压更大,因此对于已经存在的电流消失相当困难。

在我的两幅H桥图下方,我展示了一种可以禁用/启用场效应晶体管的可能方式。请记住,通过是禁止的,所以我们必须禁用一个FET,然后再启用另一个FET。在做出某种交易之前,这一定是休息时间。FET开启和关闭的速度在纳秒范围内。通常,在100到200纳秒的vecinity任何地方。您可能会问,在这200纳秒时间内电流如何?它可以损坏我已禁用的FET吗?幸运的是,场效应管内置了一个体二极管,可以在短暂的时间内轻松承载这种电流。任何比200纳秒更长的时间,所有投注都关闭。你当然可以设计体二极管是大而强大的,但是有什么意义呢?不久之后,我们将开启一条更好的途径,即对立FET!

异步和同步电流再循环之间非常重要的区别。如果使用二极管(并且有一些原因,比如改进的热释放,我们希望使用外部二极管代替FET,DRV8811就是一个很好的例子),那么当前的再循环被认为是异步的。这是因为您不控制备用路径创建的发生。它会发生,但是当这种情况发生时你无法控制。另一方面,如果H桥控制逻辑必须负责启用和禁用FET以提升备用路径,则当前再循环是同步的。只是一个重要的说明,因为两者今天仍然常用!

慢衰减模式

在慢衰减模式下,我们在相同的H桥片段上使用FET。根据示例,您既可以使用高端FET,也可以使用两个低端FET。典型的惯例是使用低端FET。

这种方法背后的想法是,随着电感器通过电阻路径再循环电流,允许电流减小到零。请注意,由于两个低端FET均启用,电流基本上耗散了两个FET的RDSon上的电压。它被称为缓慢衰减,因为虽然电流最终衰减到零,但它比快速衰减模式需要更长的时间。这是有道理的,因为我们没有施加与电流相反的电压,这肯定是我们能够对抗现有电流的最快速度。

衰减模式的速度取决于电机电感和FET RDSon。RDSon越小,电流衰减到零所需的时间就越长。

但是,对于直流电机,在使用这种衰减模式时会产生非常有趣的效果。在快速衰减模式下,直流电机转子惯性速度下降,衰减模式缓慢,转子停止很快。这是因为从上图可以看出,您正在短接直流电机端子。这实质上意味着电机内部的反电动势电压源会短路。如果没有反电动势,就没有速度。一个与另一个直接相关。我们将这种现象称为制动直流电机或反电动势的崩溃。当您想要非常快地停止电机并可能获得特定位置时,制动至关重要。在滑行时,这是不可能的,因此请注意,选择使用直流电机的缓慢衰减或快速衰减不是一件简单的事情。

我想指出,当我讨论慢速和快速衰减模式时,名称“慢”和“快”与电流有关,而不是直流电机速度。它们意味着与电流通过绕组衰减的速度有直接关系。但是,当涉及到直流电机速度衰减的速度时,情况完全相反。有点讨厌,但我想一件事导致另一件事。所以要小心,不要认为快速衰减会使电机停止很快,因为它实际上是相反的。

混合衰减模式

目前有三分之一的衰减,我们称之为混合衰减模式,因为它实际上是慢速和快速衰减模式的混合。根据定义,如果在整个当前衰减周期中出现混合衰减,其百分比很慢,剩余百分比很快。为什么我们需要这个功能?在直流电机中,它几乎没有使用,但是对于步进电机,特别是微步时,混合衰减是必须的!

这可能稍微先进一些,但是会发生什么情况是,当您试图在步进电机绕组上合成正弦波时,绘制所述波形在某些时间点会变得更加困难。举例来说,当您为绕组充电(角度为0到90°)时,很容易叠加正弦波的波形。但是当你放电绕组时(90到180度的角度),那么电机电感将决定你是否可以放电足够快或不放电。如果电动机电感过高,则可能无法叠加正确的正弦波形并发生变形。这是因为衰减模式太慢了!

所以解决方案是使用快速衰减。这肯定会解决问题,但会出现另一个问题。快速衰减模式具有高电流纹波的副作用。请记住,电流比缓慢衰减模式要大得多。这会带来一些不需要的问题,例如电磁干扰幅度的增加(电流峰值越大,辐射强度越大)以及可听噪声,这取决于电流斩波频率。

所以我们需要的是介于两者之间。有些衰减率不是太快或太慢。混合衰减模式为我们提供了。有些设备将允许您控制混合衰减模式的确切速率。DRV8811就是一个很好的例子。其他设备,如DRV8824和DRV8825,只会给您一个固定的混合衰减模式。对于大多数应用程序来说,这就够了

参考lianjihttp://ebldc.com/?p=86

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