直流电机学习(3)直流电机输入电容
输入电容的选择主要和输入电流交流纹波电流有关系,输入电流的交流乘上电容的ESR等于输入电压的交流纹波。
使用半桥驱动电机可以等效成以下。
图1:DC 电机驱动等效电路
当M1打开,M2关闭时候,电机上的电流如红色的路径,当M2打开M1关闭时候电流走蓝色的路径,咱们来看看PWM驱动时候VM上的电流波形图如下图2所示
图2:电机波形图
C1:M2 源极电压 | C2:输入PWM |C3:输入电流波形
在图2中我们看到输入电流波形是在 M1打开时候才有,当M1关闭时候输入是没有电流的,当M1关闭时候我们看到C1有个反向电压,这个反向电压约895mV这个就是因为L1的电流不能突变,此时L1上的电压连接MOS管M2的为负电压,连接电阻的为正电压让MOS管body Diode正向导通,此时MOS管的上Body Diode 以及内部二极管的等效串联电阻的压降等于C1的电压。
此时电压纹波等于△Imotor*电容的ESR,如果需要VM的纹波变小,可以并联电容让电容上的ESR变小,最终纹波电压变小。PWM速度通常比较慢电机抽取的电流通常能在下一个周期开始前VM的电压和电流就会恢复成没抽取前的样子,这个时候其实每次电机抽取都是一样的电流,对电机来说也不会造成抖动什么的。主要是对供电的影响比较大,供电VM上面如果连接了其他的器件,要评估其他器件能承受的VM的ripple是多大。
以上情况是电机正常运行的情况,如果电机不太正常有些抖动,则可能出现以下情况。如下图3所示。
图3:电机波形图
C1:M2 源极电压 | C2:输入PWM |C3:输入电流波形
看到电机上面电流波形是有些乱的,时而大时而小,如果电机驱动上有电流采集的功能,我们就能判断电机现在工作状态不太正常。尽快检查看看哪里有问题。
正常工作中也可能发生其他意外情况,比如在电机工作过程中VM突然失去连接,此时VM上面由于电机继续旋转,产生了Back-EMF会在驱动芯片VM上产生一个电压如下图4所示。
图4:电机VM失去连接情况
黄色的是板端VM电压,蓝色的是VM的电流,红色是PWM输入,电机VM断连的瞬间就会产生一个比较高的电压,注意,这个电压可能会把VM上连接的其他器件给打坏,处理这个也比较简单,在VM上加电容就行,图5是VM加电容的效果,看到这个是比较平滑的。
图5:电机VM失去连接有电容情况
通常电机抽取电流的时候是一个频率比较高的电流,所以电机驱动的VM引脚上通常在比较近的地方并联了MLCC,用来给M1打开时候提供一个瞬间的电流,当这个瞬间的电流提供完以后,电解电容的电流就刚好给MLCC补上来了。因为PCB Trace相当于电感。因为电感的电流不能突变,所以无法快速的从输入电源上抽取电流,这个电感大小需要根据你的实际情况去确定。等效电路如图6所示。
图6:等效电路
好了,今天就先到这里,