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    8. H橋,三種H橋驅(qū)動方式詳解
      • 發(fā)布時間:2022-11-12 18:38:08
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      H橋,三種H橋驅(qū)動方式詳解
      三種H橋驅(qū)動方式
      1、受限單極驅(qū)動
      (高端驅(qū)動)負載與GND相連。
      H橋 驅(qū)動
      即H橋的上半橋臂用PWM控制,而下半橋臂常開。
      T0時刻Q1接PWM,Q2、Q3關(guān)閉,Q4常開。Q1不能立即導通,D1導通短時間續(xù)流,電流I增大,電壓為U。t1時刻,Q1關(guān)斷,且不能立即關(guān)斷,D1導通短時間續(xù)流,之后D2導通續(xù)流。
      t2時刻之后,Q3輸入PWM控制,Q1、Q4關(guān),Q2常開。Q3不能立即導通,D3導通續(xù)流,電流反向增大,電壓為-U,t3時刻Q3關(guān)閉,且不能立即關(guān)閉,D3導通短時間續(xù)流,D4導通續(xù)流。
      (低端驅(qū)動)負載于電源正極相連。
      H橋 驅(qū)動
      即上半橋臂導通,下半橋臂用PWM控制,相當于負載于電源正極相連。
      低端驅(qū)動導通類似于高端驅(qū)動,不同的是下管關(guān)閉時續(xù)流環(huán)變成上橋臂與負載。
      優(yōu)點:控制方式簡單。
      缺點:不能剎車
      (借助這 4 個開關(guān)還可以產(chǎn)生電機的另外 2 個工作狀態(tài):
      A) 剎車 —— 將Q2 、Q4開關(guān)(或Q1、Q3)接通,則電機慣性轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電勢將被短路,形成阻礙運動的反電勢,形成“剎車”作用。
      B) 惰行 —— 4個開關(guān)全部斷開,則電機慣性所產(chǎn)生的電勢將無法形成電路,從而也就不會產(chǎn)生阻礙運動的反電勢,電機將慣性轉(zhuǎn)動較長時間。)
      不能能耗制動,在負載超過設(shè)定速度時不能提供反向力矩。調(diào)速靜差大,調(diào)速性能很差,穩(wěn)定性也不好。
      2、單極驅(qū)動
      即對H橋一側(cè)的半橋輸入高級定時器產(chǎn)生的互補PWM控制
      (高端驅(qū)動)即上橋臂輸入PWM控制,除PWMN控制的下橋臂的另一下橋臂常開。相當于負載與GND相連。
      H橋 驅(qū)動
      t0時刻Q1、Q4導通,電流I增加電壓為U,t1時刻Q1截止,Q2導通,電流I減小,電壓為電機產(chǎn)生的小負電壓,此時Q2、Q4形成通道續(xù)流。
      (此時mos做續(xù)流通道有兩個好處
      1.mos導通壓降低比二極管發(fā)熱少,效率更高
      2.二極管不能產(chǎn)生反向電流,而mos管可以通過反向電流)
      (低端驅(qū)動)即下橋臂輸入PWM控制,除PWMN控制的上橋臂的另一上橋臂常開。相當于負載與電源正極相連。
      與單極高端驅(qū)動模式相似,只是把PWM的控制信號換到了下半橋,把常開的橋臂換到了上半橋,相當于把電機負載與電源正極相連。與高端驅(qū)動不同的是,低端驅(qū)動在PWM控制橋臂關(guān)閉時,電路的續(xù)流通道換為上橋臂導通續(xù)流。即Q1和Q3導通續(xù)流。
      單極驅(qū)動模式
      優(yōu)點:啟動快,能加速,剎車,能耗制動,能量反饋,調(diào)速性能不如雙極模式好,但是相差不多,電機特性也比較好。如果接成H橋模式,也能實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。
      在負載超速時也能提供反向力矩。
      缺點:剎車時,不能減速到0,速度接近0速度時沒有制動力。不能突然倒轉(zhuǎn)。動態(tài)性能不好,調(diào)速靜差稍大。
      剎車:電機反電動勢在PWM關(guān)斷時間伏秒數(shù)會大于電源電壓在PWM開通時間加在電機上的伏秒數(shù),即電機會產(chǎn)生反向電流,使電機產(chǎn)生反向力矩,如果這個力矩大的話,電機就可以剎車。反向電流還可以在PWM開通時反饋回母線電容和電池中,做到能量回饋,如果電池為二次電池,能量反饋是有好處的。
      在控制PWM占空比時,占空比變大電機加速,占空比減小,速度減小。如果占空比在瞬間減小電機反電動勢伏秒值會很大,產(chǎn)生剎車的效果,如果占空比突然減小到零,相當于把電機短路,即把電機直接短路。這是急剎車,會對電機,mos管有損傷。
      3、雙極模式
      電樞電壓極性是正負交替的。需要兩組互補PWM同時對4個MOS管進行控制。
      H橋 驅(qū)動
      其中Q1和Q2是一組互補PWM,Q3和Q4是另一組互補PWM。
      t0時刻Q1和Q4導通,t1時刻,Q3和Q4反向,因為Q3不能立即導通且感性負載電流方向不能突變所以D3導通續(xù)流。
      t2時刻Q1和Q2反向,Q2、Q3、負載和母線電容續(xù)流,t3時刻,負載電流過零,Q2、Q3、負載和母線電容電流反向。
      t4時刻Q3、Q4反向Q4不能立即導通,D4導通續(xù)流,t5時刻Q1、Q2反向。
      下圖為全過程的電流,電壓圖:
      H橋 驅(qū)動
      優(yōu)點:能正反轉(zhuǎn)運行,啟動快,調(diào)速精度高,動態(tài)性能好,調(diào)速靜差小,調(diào)速范圍大,能加速,減速,剎車,倒轉(zhuǎn),能在負載超過設(shè)定速度時提供反向力矩,能克服電機軸承的靜態(tài)摩擦力,產(chǎn)生非常低的轉(zhuǎn)速。
      缺點:控制電機復雜,在工作期間,4個MOS管都處于開關(guān)狀態(tài),功耗大。
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