在上一篇文章中介紹了PWM驅(qū)動(dòng)方式下的有刷直流電機(jī)的四種電流再生方法。本文將介紹有刷直流電機(jī)的PWM驅(qū)動(dòng)時(shí)的注意事項(xiàng)：損耗和開關(guān)方法。

使用PWM輸出方式驅(qū)動(dòng)有刷直流電機(jī)：損耗的思路

由于PWM驅(qū)動(dòng)是脈沖驅(qū)動(dòng)，因此其功耗僅是一個(gè)周期內(nèi)電機(jī)的電壓施加（導(dǎo)通）期間的功耗和電流再生（關(guān)斷）期間的功耗的平均值。嚴(yán)格來講，如下圖所示，可以分電壓施加期間（紅色）、電流再生期間（藍(lán)色）和轉(zhuǎn)換期間（黃色）三種狀態(tài)的功耗來考慮。通常，穩(wěn)態(tài)期間的損耗為傳導(dǎo)損耗，開/關(guān)轉(zhuǎn)換期間的損耗為開關(guān)損耗。

●施加電壓期間的功耗

（a）圖顯示了施加電壓時(shí)的開關(guān)（MOSFET）狀態(tài)。由于電流流過兩個(gè)MOSFET導(dǎo)通的路徑，因此這里的損耗為導(dǎo)通的MOSFET的導(dǎo)通電阻之和×電流的平方。

●電流再生期間的功耗

如上一篇文章中所述，有四種電流再生的方法，并且電流路徑不同損耗也不同。

在（b）和（e）中，由于兩個(gè)導(dǎo)通的MOSFET成為電流路徑，因此，損耗為導(dǎo)通的MOSFET的導(dǎo)通電阻之和×電流的平方。

在（d）中，由于電流經(jīng)由兩個(gè)MOSFET的寄生二極管，因此損耗是各寄生二極管的VF之和×電流。

在（c）中，由于電流經(jīng)由導(dǎo)通的MOSFET和關(guān)斷的MOSFET的寄生二極管，因此損耗是導(dǎo)通的MOSFET的導(dǎo)通電阻×電流的平方＋關(guān)斷的MOSFET的寄生二極管的VF×電流。

● 轉(zhuǎn)換時(shí)的損耗

這項(xiàng)有些復(fù)雜。 ?通常，開關(guān)損耗可以通過以下公式來計(jì)算。

轉(zhuǎn)換時(shí)的損耗=0.5×Ea×I×（tr+tf）×fsw

Ea：施加電壓，I：電流，tr：上升時(shí)間，tf：下降時(shí)間，fsw：開關(guān)頻率

但是，tr和fr需要根據(jù)實(shí)際波形求得，而實(shí)際波形并不總是如圖所示的整齊線形，因此需要考慮到這一點(diǎn)。另外，對(duì)施加的電壓和電流進(jìn)行實(shí)際測(cè)量更能獲得可靠的結(jié)果。

使用PWM輸出方式驅(qū)動(dòng)的有刷直流電機(jī)：注意事項(xiàng)

●轉(zhuǎn)換時(shí)的損耗和噪聲

從前面的公式可以看出，隨著上升時(shí)間tr和下降時(shí)間tf變快，轉(zhuǎn)換損耗（即開關(guān)損耗）會(huì)變小。開關(guān)速度（壓擺率）越快，開關(guān)損耗越小，最終功耗越小=效率越高，但另一方面，開關(guān)噪聲也會(huì)增加。這是因?yàn)樾屎驮肼曋g存在此起彼消的矛盾關(guān)系，因此需要在兩者之間找到折衷方案。

●高邊/低邊開關(guān)切換時(shí)序

這是同步整流開關(guān)穩(wěn)壓器必不可少的控制，關(guān)于H橋的高邊/低邊對(duì)（在上圖中為Q1/Q2、Q3/Q4）的ON/OFF，必須控制H橋，使高邊和低邊不發(fā)生同時(shí)導(dǎo)通期間。如果它們同時(shí)導(dǎo)通，則電源和GND將會(huì)短路，并可能會(huì)流過被稱為“直通（Shoot Through）電流的大電流，甚至還會(huì)造成損壞。

為了防止同時(shí)導(dǎo)通，需要設(shè)置一個(gè)控制電路，以實(shí)現(xiàn)包含可以使高低邊開關(guān)同時(shí)關(guān)斷期間（俗稱“死區(qū)時(shí)間”）的開關(guān)動(dòng)作。但是，死區(qū)時(shí)間段會(huì)成為損耗，需要盡可能地縮短該時(shí)間段，并需要非常先進(jìn)的控制以同時(shí)兼顧高效高速開關(guān)（轉(zhuǎn)換速率）。實(shí)際上，很難用外部電路來組成這樣的控制電路，因此通常使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC中配備的防止同時(shí)導(dǎo)通的電路。

●PWM頻率

開關(guān)損耗隨著PWM頻率（即電壓施加和電流再生周期）的增加而增加。從前面的公式中也可以清楚地看出這一點(diǎn)。當(dāng)希望通過增加頻率來減輕電流紋波時(shí)，就需要在頻率與效率之間進(jìn)行權(quán)衡。

●確認(rèn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC是否支持PWM驅(qū)動(dòng)

很簡(jiǎn)單，如果在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC的技術(shù)規(guī)格書中沒有“支持PWM驅(qū)動(dòng)”的描述，則有可能無法進(jìn)行PWM驅(qū)動(dòng)。當(dāng)特別希望用PWM方式驅(qū)動(dòng)某款驅(qū)動(dòng)器時(shí)，就需要與制造商確認(rèn)。

如果用PWM方式驅(qū)動(dòng)了不支持PWM驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器，則很有可能無法工作，即使工作也會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作或者需要外置部件或電路，因此原則上不建議嘗試。

關(guān)鍵要點(diǎn)：

?關(guān)于有刷直流電機(jī)的PWM驅(qū)動(dòng)損耗，可以從施加電壓時(shí)、電流再生時(shí)和轉(zhuǎn)換時(shí)三個(gè)狀態(tài)來考慮。

?關(guān)于有刷直流電機(jī)的PWM驅(qū)動(dòng)損耗，當(dāng)提高開關(guān)速度（轉(zhuǎn)換速率）時(shí)，效率會(huì)提高，但噪聲會(huì)增加。

?關(guān)于有刷直流電機(jī)的PWM驅(qū)動(dòng)損耗，當(dāng)提高PWM頻率時(shí)，可以減少電流紋波，但效率會(huì)降低。

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