使用PWM输出方式驱动有刷直流电机的原理

除了用于电机驱动外，PWM（Pulse Width Modulation＝脉冲宽度调制）还广泛应用于DC/DC转换器和AC/DC转换器等电源的功率转换，并在很多领域得到广泛使用。原则上，PWM是通过打开和关闭脉冲来发送所需功率的一种方法。脉冲的大小和周期是恒定的，通过调整打开时的脉冲宽度（时间）来控制要发送的功率。输出电压是对应于导通和脉冲周期的时间比=占空比的平均大小。

下面是有刷直流电机的PWM驱动原理示意图。

电机用电机符号和电阻R+电感L +感应电压Ec表示。当施加电压时，电机电压Ea被施加到电机的两端，流过电机电流Ia。而当OFF时，电机引脚的两端将短路。在这种状态下将发生电流再生。由于线圈的电感起到保持电流的作用，因此当在相对于电感L和电阻R的时间常数足够短的周期内反复施加电压并且电机两端反复短路时，将流过恒定电流。

将该过程用H桥表示如下：

施加电压时，SW1和SW4接通，SW2和SW3关断，电机电流Ia的流向如灰色虚线所示。当关断=电机两端短路时，SW2和SW4接通，SW1和SW3断开。

在这种情况下的电压波形和电流波形如下：

电压波形表明，在反复周期恒定的导通期间施加了电机电压Ea，但在关断（由于电机两端短路引起的再生）期间没有施加电机电压Ea。通过反复执行“导通时增加、关断时减小的周期”，电流进入稳定状态。此时的平均电流Iave是通过将施加电压Ea乘以占空比m并除以电阻R而获得的值。举一个简单的例子，假设Ea = 12V，m为0.5（占空比50％），则为电机施加了6V电压。因为仅在施加电压时才从电源供给电流，所以电源的功耗将减少。

前面通过电机两端短路的方法探讨了关断状态（电流再生）相关的内容。实际上，还有其他电流再生方法，每种方法都有不同的需要考虑的事项。下一篇文章将介绍有刷直流电机的PWM驱动中其他电流再生方法。

审核编辑：郭婷