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基于 ARM 的有制动不可逆 PWM 驱动电路的分析与设计 冯显争 河海大学,南京(210098) E-mail:fengtao981@163.com 摘要:在桥式拓扑结构的 MOSFET 驱动电路中,防止桥臂直通至关重要。本文通过分析桥臂 直通的产生机理,设计了基于 ARM死区的有制动不可逆 PWM控制系统电路,通过对 ARM寄存 器的设置,可以灵活控制死区的长度,性能安全稳定。 关键词:有制动不可逆;桥式拓扑;ARM; MOSFET; PWM; 中图分类号:TP29 1.引言 随着计算机技术在控制领域的发展以及电力电子功率元器件的不断出现,采用开关功 率元器件进行脉宽调制(Pulse Width Modulation,简称 PWM)控制方式已经成为主流。通过有 制动的 PWM控制直流电机,提高了控制精度,但桥臂直通现象一直是制约桥式拓扑结构发展 的瓶颈因素。本文通过设置 ARM 的死区控制,成功地解决了 MOSFET 因栅极驱动信号的振荡 产生的桥臂直通的问题,保证了功率 MOSFET 的安全运行,从而安全简捷的实现了有制动不 可逆的 PWM的控制。 2.有制动不可逆 PWM 控制系统简介 [1] 为了提高电机的控制精度,采用有制动不可逆 PWM 控制 ,为了产生制动作用必须为 反相电流提供通路。下图就是根据该思路设计的有制动不可逆 PWM 控制系统。其中 Q2 只 在制动时起作用 Us + - 在每个 PWM 周期的 0-t1 区间,Q1 Q1 D1 导通,Q2 截止,电流的路线和方向如图 4 1 MOTOR 1 中的虚线1,直流电动机工作在电动状 + A - 态,在每个 PWM 周期的 t1-t2 区间,Q1 D2 Q2 截止,电源被切断,电枢绕组的自感电 2 3 动势使电流经过续流二极管 D2 形成回 路,如图 1 中的虚线 2。在制动时,由于 图1 有制动不可逆PWM控制系统 控制信号的 PWM 占空比不断减小,使电 枢电压平均值 U 小于直流电动机的反电动势,电枢中的电流反向流动,产生制动转矩。在每 个 PWM 周期的 0-t1 区间,电枢绕组的自感电动势与反电动势之和大于电源电压,电流经过 续流二极管 D1 将能量回馈给电源,电流的路线和方向如图 1 中的虚线 4。电动机工作在再 生发电制动状态。在每个 PWM 周期的 t1-t2 区间,Q2 在控制信号作用下导通,电流经过 Q2 形成回路,电流的路线和方向如图 1 中的虚线3。当直流电动机轻载或空载时,这时会出现 电动和制动两种状态交替的现象,其过程为:在每个 PWM 周期的 0-t1 区间,电流先按虚线 4 回路反向流动,直流电动机工作在再生发电制动状态;电流经过零点后,电源电压开始大 1 于反电动势,电流按虚线 1 正向流动,电机工作在电动状态。在每个 PWM 周期的 t1-t2区间, 电流先按虚线 2 回路流动,电
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