如何估计电机能量回馈及VM电源泵升幅度

电机能量回馈问题是一个发生在电机驱动系统中的常见问题。许多设计人员不得不选择相当于额定电压水平两倍的电机电源电压（VM）等级，这会增加系统成本。幸运的是，如果您能先估计泵升幅度，您就可以选择恰好的VM裕度。在本系列（专门针对常被问到的问题）的第一篇文章中，Nicholas Oborny就如何阅读电机驱动器产品说明书提供了意见。今天，通过介绍一种估计泵升水平的方法，笔者将继续谈论这个话题。

VM泵升波形

图1展示了在减速过程中由能量回馈引起的典型VM泵升波形。当输入PWM（脉宽调制）占空比从99％变为70％时，VM电压从24V被泵升至32V。（在TI电机驱动器装置DRV8840上进行的测试，DRV8840是一种5A的有刷直流 (DC) 电机驱动器。）

图1：再生电能现象和VM泵升现象

泵升机制

在这里我们需要一些DC/DC电源管理背景资料以了解泵升机制。因此，让我们来看看典型的降压 — 升压电路是如何工作的；请参阅图2。有趣的是，在PWM控制过程中使用H桥驱动电机时，您能同时看到降压和升压的过程。如图3所示，在PWM的开通时间段，它是一个典型的降压电路。而图4中，在PWM的断开时间段，对反电动势（EMF）而言，则充当升压机制中的输入电源。

图2：降压和升压电路

图3：H桥中的降压变换

图4：H桥中的升压变换

该有刷DC电机的运行模式可表示为方程式（1）。

在正常驱动条件下，PWM占空比 = D，该电机将以方程式（2）所示电压VDRV驱动的速度运行。

根据方程式（1），我们应能估算出

升压效应将使VBST为

根据方程式（2）、（3）、（4），我们可估算出

因此，在正常运行状态下不存在VM泵升。

当PWM占空比从D1减小至D2时，就在发生减小的时间点之前，我们可估算出

占空比刚刚减小后，电机的速度不能突然改变，因此基于新的占空比D2计算出VBST是

根据方程式（6）、（7），我们可得出

当K * D1/ D2 > 1时，我们可估算出

VBST将比VVM高，并引起泵升效应。假设K接近1，那么任何时候您减小占空比并使D2 < D1，VM泵升均会发生。例如，要是您让占空比从100％减至50％，则VBST = 2 * VM。要是您让占空比从90％减至30％，那么您将看到泵升电压是VM的3倍。

泵升测试