直流电机的H型驱动

1 电动小车的电机驱动及控制探讨 一个电动小车整体的运行性能，首 先取决于它的电池系统和电机驱动系统。 电动小车的驱动系统一般由控制器、功率变换器及电动机三个主要部分组成。 电动小车的驱动不但要求电机驱动系统 具有高转矩重量比、宽调速范围、高可靠 性，而且电机的转矩-转速特性受电源功 率的影响，这就要求驱动具有尽可能宽 的高效率区。我们所使用的电机一般为 直流电机，主要用到永磁直流电机、伺服 电机及步进电机三种。直流电机的控制 很简单，性能出众，直流电源也容易实 现。本文即主要介绍这种直流电机的驱 动及控制。 1．H 型桥式驱动电路 直流电机驱动电路使用最广泛的就 是 H 型全桥式电路，这种驱动电路可以 很方便实现直流电机的四象限运行，分 别对应正转、正转制动、反转、反转制动。 它的基本原理图如图1 所示。 全桥式驱动电路的4 只开关管都工 作在斩波状态，S1、S2 为一组，S3、S4 为另一组，两组的状态互补，一组导通则 另一组必须关断。当 S1、S2 导通时，S3、 S4 关断，电机两端加正向电压，可以实 现电机的正转或反转制动；当 S3、S4 导 通时，S1、S2 关断，电机两端为反向电 压，电机反转或正转制动。 2 在小车动作的过程中，我们要不断 地使电机在四个象限之间切换，即在正 转和反转之间切换，也就是在S1、S2 导 通且 S3、S4 关断，到 S1、S2 关断且 S3、 S4 导通，这两种状态之间转换。在这种 情况下，理论上要求两组控制信号完全 互补，但是，由于实际的开关器件都存在 开通和关断时间，绝对的互补控制逻辑 必然导致上下桥臂直通短路，比如在上 桥臂关断的过程中，下桥臂导通了。这个过程可用图 2 说明。 因此，为了避免直通 短路且保证各个开关管动作之间的协同 性和同步性，两组控制信号在理论上要 求互为倒相的逻辑关系，而实际上却必须相差一个足够的死区时间，这个矫正过程既可以通过硬件实现，即在上下桥 臂的两组控制信号之间增加延时，也可 以通过软件实现（具体方法参看后文）。 驱动电流不仅可以通过主开关管流通，而且还可以通过续流二极管流通。当电机处于制动状态时，电机便工作在发电状态，转子电流必须通过续流二极管流通，否则电机就会发热，严重时烧毁。 开关管的选择对驱动电路的影响很大，开关管的选择宜遵循以下原则： （1）由于驱动电路是功率输出，要求开关管输出功率较大； （2）开关管的开通 和关断时间应尽...