PWM 控制器設(shè)計(jì)

     現(xiàn)在感覺是9v1齊納。這是為了提供一條在 12v 上使用時(shí)仍然可以穩(wěn)定的電源線。以前，以 12v 電源作為參考的電流限制是從該電壓得出的。
    主動(dòng)上拉
    上拉 IC1b 引腳 14 的 4mA 電流源已被移除。這是沒有必要的。而是安裝了一個(gè) 1K 的電阻器。這在零速時(shí)需要 9mA，這是一個(gè)小缺點(diǎn)。
    有兩個(gè) x 470。這些是軸向類型，平放在板上。正如 www 網(wǎng)站頁面上所解釋的那樣，選擇電容器類型對(duì)于獲得性能至關(guān)重要，現(xiàn)在使用的是插入式電容器，具有短而粗的引線。
    再生制動(dòng)失敗
    曾經(jīng)有一個(gè)開關(guān)將 Tr5 短路以阻止再生制動(dòng)?，F(xiàn)在hiside驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)改變，電路上標(biāo)記了三個(gè)組件。Tr6 的收集器中的 1K 是正常安裝的，被移除以阻止再生制動(dòng)。同時(shí) Tr8 基極的 10K 改變了位置。下面更詳細(xì)地介紹了 hiside 驅(qū)動(dòng)器的操作，還有一個(gè)部分是關(guān)于抑制再生制動(dòng)的。
    Tr4 兩端有一個(gè)二極管。這是為了將柵極電壓尖峰鉗位到 9v1 電源。需要這樣做的原因涉及并將及時(shí)涵蓋。
    再生電流限制
    添加了一個(gè)新的電路來檢測(cè)頂部（飛輪）MOSFET。這是隱藏電流限制。它的操作將在后面介紹。
    添加了一個(gè) 36v 齊納二極管。這是過電壓鉗位，在下面介紹。
    側(cè)邊驅(qū)動(dòng)是電機(jī)控制器的重要組成部分。我們使用的電路非常簡(jiǎn)單并且工作得很好，但電流要求很低。它是一個(gè)雙作用電路，自舉泵加主動(dòng)泵。讓我們首先考慮“引導(dǎo)”操作。忽略從 Tr10 的發(fā)射器饋電的電容器這一事實(shí)--這就是有源泵。
    當(dāng)電路處于零速、不開關(guān)時(shí)，Tr5 關(guān)閉，下方 MOSFET 關(guān)閉，沒有電機(jī)電流，因此頂部 MOSFET 通過電機(jī)有效短路。它的柵極和所有柵極驅(qū)動(dòng)電路有效地處于正電源軌。
    一旦控制器開始運(yùn)行，初電機(jī)速度（平均電壓）將非常低。這是通過低側(cè) MOSFET 導(dǎo)通很短的時(shí)間來完成的。在低電平 MOSFET 導(dǎo)通期間，M 線變?yōu)榈碗娖健Ｒ虼?，電流?B+ 線流過兩個(gè)二極管和 1K 電阻，為 1? 電容器充電。一個(gè) 1? 電容器通過 1K 電阻從 24v 開始充電，以 24V/mS（CV=IT 或 V/T=I/C）開始充電，振蕩器的標(biāo)稱頻率為 20kHz，整個(gè)周期為 50? 秒，因此一個(gè)短脈沖只有幾微秒：1? 電容需要幾個(gè)周期才能達(dá)到任何有用的電壓。事實(shí)上這無關(guān)緊要：如果電容沒有充分充電，那么頂部 MOSFET 將無法正常開啟，但這并不重要，因?yàn)?MOSFET 將簡(jiǎn)單地像一個(gè)續(xù)流二極管一樣工作，直到 1? 電容充分充電：它仍將允許續(xù)流電流循環(huán)，但由于未打開，耗散會(huì)更高。沒關(guān)系：由于控制器剛剛開始切換并且平均電機(jī)電壓非常低，因此電機(jī)電流也非常低！當(dāng)然，如果沒有柵極電壓，您將無法獲得任何再生制動(dòng) - 但此時(shí)電機(jī)實(shí)際上并沒有移動(dòng)，因?yàn)殡妷哼€不足以克服摩擦！事實(shí)上，我們只需要自舉泵：主動(dòng)泵幾乎是不必要的。沒關(guān)系：因?yàn)榭刂破鲃倓傞_始切換，平均電機(jī)電壓很低，那么電機(jī)電流也很低！當(dāng)然，如果沒有柵極電壓，您將無法獲得任何再生制動(dòng) - 但此時(shí)電機(jī)實(shí)際上并沒有移動(dòng)，因?yàn)殡妷哼€不足以克服摩擦！事實(shí)上，我們只需要自舉泵：主動(dòng)泵幾乎是不必要的。沒關(guān)系：因?yàn)榭刂破鲃倓傞_始切換，平均電機(jī)電壓很低，那么電機(jī)電流也很低！當(dāng)然，如果沒有柵極電壓，您將無法獲得任何再生制動(dòng) - 但此時(shí)電機(jī)實(shí)際上并沒有移動(dòng)，因?yàn)殡妷哼€不足以克服摩擦！事實(shí)上，我們只需要自舉泵：主動(dòng)泵幾乎是不必要的。
    使用有源泵的原因是可以將兩個(gè) 2QD 背對(duì)背連接起來，以制作全橋控制器。在此應(yīng)用中，一個(gè)或其他控制器（取決于方向）在不運(yùn)行時(shí)必須將電機(jī)連接短接至電池正極。正如我們剛剛看到的，電路不僅僅使用自舉泵來執(zhí)行此操作，因此此應(yīng)用中存在主動(dòng)泵。有源泵通過將方波施加到電容器來工作。當(dāng)方波較低時(shí)，電容通過二極管從 B+ 充電，當(dāng)方波變高時(shí)，它會(huì)通過第二個(gè)二極管和 1K 電阻放電到 1? 側(cè)儲(chǔ)能電容器中，因此即使在 MOSFET 時(shí)，柵極電壓也保持在約 8.5v沒有切換。
    您還會(huì)注意到鉗位齊納二極管的位置發(fā)生了移動(dòng)：在較早的電路中，它跨過儲(chǔ)能電容器。現(xiàn)在它將驅(qū)動(dòng)器的基極夾緊到 M-。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是齊納電流很低，受基極電容的限制而不是二極管串聯(lián)電阻的限制，因此齊納耗散不是問題并且電路可以在更寬的電壓范圍內(nèi)工作。這意味著二極管串聯(lián)電阻可以小得多，因此電容器充電更快。缺點(diǎn)是 NPN 晶體管現(xiàn)在要承受全電源電壓加上泵電壓。
    再生電流限制
    Tr11、Tr12為再生電流限制電路。雖然其他控制器有電流限制，但它們通常不使用 MOSFET R ds(on)感測(cè)，而是使用一些更復(fù)雜或更慢的方法。該電路是 4QD 獨(dú)有的，是一種非常簡(jiǎn)單、優(yōu)雅且有效的傳感方法。
    考慮電機(jī)電流反向流動(dòng)的電路：電機(jī)正在再生，電流從 M+ 流過 MOSFET，然后流向 M-。當(dāng)頂部 MOSFET 在這些條件下導(dǎo)通時(shí)，驅(qū)動(dòng)器試圖減少負(fù)電機(jī)電流，電機(jī)的電感保持電流逆著電池電壓流動(dòng)：這是再生電流，為電池充電。很明顯，頂部 MOSFET 兩端將有高電壓，因此 Tr11 將導(dǎo)通。只要頂部 MOSFET 的電壓超過2xV，Tr11 就會(huì)導(dǎo)通（憑借 10K+10K 基極電阻）。
    當(dāng)MOSFET 兩端的電壓低于 2xV 時(shí)，Tr12 可能會(huì)運(yùn)行。如果由 10K 和 3K3 基極電阻器定義的跨MOSFET 的電壓小于 1.3 倍，它就不會(huì)打開）- 在這個(gè)電壓下，MOSFET 正常導(dǎo)通。但是，如果 MOSFET 中的電流過高，th3 電壓會(huì)上升到該水平以上，Tr12 會(huì)導(dǎo)通，從而將電流注入調(diào)制器的輸入端。由于我們監(jiān)測(cè)的電流是過度再生引起的MOSFET正向電流，要降低它，我們需要減少再生，我們只能通過降低減速來做到這一點(diǎn)。換句話說，我們必須加速，增加驅(qū)動(dòng)力，減少再生電流。這正是該電路的作用。
    過壓鉗位
    您會(huì)注意到 Tr12 上的 47v 齊納二極管。之所以選擇 47v，是因?yàn)樗?MOSFET 的額定電壓為 50v。當(dāng)電源電壓上升到 47v 以上時(shí)，它就會(huì)導(dǎo)通。假設(shè)是控制器正在過度再生成一塊廢電池（也許它已經(jīng)脫落并被遺忘在高爾夫球場(chǎng)上）。顯然，如果沒有電池，我們就無法再生制動(dòng)。所以我們需要提高速度（就像我們對(duì)過剩再生電流所做的那樣）。這個(gè)齊納二極管做到了這一點(diǎn)。顯然，鉗位水平需要在 MOSFET 的預(yù)期安全操作范圍內(nèi)：47v 可能看起來有點(diǎn)接近允許的 50v，但請(qǐng)記住，50v 是更糟糕的情況：我們永遠(yuǎn)不應(yīng)該得到一個(gè)會(huì)在 50v 時(shí)失效的 MOSFET并且有制造商的安全裕度。還請(qǐng)記住，這個(gè)齊納二極管永遠(yuǎn)不應(yīng)該進(jìn)行。它僅限制嚴(yán)重故障條件下的過電壓。如果我們?cè)谶@個(gè)故障下沒有限制 - 那么控制器肯定會(huì)被破壞。接近極限航行仍然會(huì)提供很好的保護(hù)。
    然而，在這一點(diǎn)上值得補(bǔ)充的是，在使用再生制動(dòng)的車輛中，進(jìn)行制動(dòng)的是電池而不是控制器！如果您住在大山頂，開始時(shí)使用充滿電的電池是不明智的，因?yàn)檫@樣您就沒有剎車了！究竟需要多少鉗位電壓取決于該事件發(fā)生的可能性。事實(shí)上，它發(fā)生過，一位客戶使用帶有 60v MOSFET 的 48v 控制器。正是出于這個(gè)原因，該控制器現(xiàn)在使用 75v MOSFET，并帶有 72v 鉗位齊納二極管！這一變化還要求其他幾種半導(dǎo)體需要升級(jí)到更高電壓的設(shè)備。
    抑制再生制動(dòng)
    為什么有人真的想要抑制再生制動(dòng)？我想是因?yàn)樗麄冇幸粋€(gè)齒形皮帶傳動(dòng)裝置，而再生裝置以錯(cuò)誤的方式傳遞動(dòng)力，導(dǎo)致跳齒。有關(guān)更多信息，請(qǐng)參閱4QD www 網(wǎng)站上的 文章。
    一些主要是高爾夫球車制造商認(rèn)為，因?yàn)樗麄儼惭b了機(jī)械飛輪裝置，所以他們必須抑制再生制動(dòng)。不正確：由于飛輪，再生制動(dòng)無能為力，因此無害。
    4QD www 網(wǎng)站上的公共訪問 pwm 電路解釋了如何實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。當(dāng) loside 關(guān)閉時(shí)打開 hiside 會(huì)產(chǎn)生更好的效率，因?yàn)轱w輪設(shè)備是一個(gè)低值電阻器（一個(gè)導(dǎo)通的 MOSFET）而不是二極管。電阻器通常壓降較少，因此效率更高。hiside 被切換的事實(shí)提供了再生制動(dòng)。
    4QD有一個(gè)非常巧妙的同步切換hiside的方法：實(shí)際上hiside現(xiàn)在是一個(gè)同步整流器：不是新技術(shù)，但據(jù)我所知，還沒有其他公司在電機(jī)控制器上使用過這個(gè)原理。
    為了抑制再生，1K 被移除（如電路所示。因此 Tr5 斷開連接。hiside 將打開。但是 Tr8 的電阻器也被移除，取而代之的是從 Tr8 的基極到電池正極的電阻器線。這使得 Tr8 的基極發(fā)射極直接穿過 MOSFET - 通過一個(gè) 10K 電阻來限制任何電流。
    當(dāng) Hiside MOSFET 續(xù)流時(shí)，電流在其中從源極“反向”流向漏極。因此 Tr8 的基極是反向偏置的。它無法打開。但是當(dāng)電機(jī)電流反向時(shí)，情況就發(fā)生了變化。
    考慮底部 MOSFET 即將關(guān)閉之前的情況。頂部 MOSFET 將在其兩端產(chǎn)生高電壓，因此 Tr8 將導(dǎo)通。Tr7 和 Tr8 形成“PU 對(duì)”（參見www 站點(diǎn)電路），因此兩者都打開并且頂部 MOSFET 的柵極被硬鉗位到其源極。隨著底部 MOSFET 關(guān)閉，電機(jī)電流試圖通過側(cè)邊 MOSFET 飛輪。如果是正向電機(jī)電流沒問題，它將首先流過頂部 MOSFET 的體二極管。但正如我們剛剛看到的，這會(huì)在 Tr8 的基極上產(chǎn)生負(fù)電壓，因此這對(duì)在此時(shí)關(guān)閉，而 Tr6 上拉 MOSFET 柵極，將其打開。
    當(dāng)?shù)撞?MOSFET 開始導(dǎo)通時(shí)，首先其中的電流必須上升，直到所有電機(jī)電流都流過它：這是任何控制器的正常狀態(tài)，直到這種情況發(fā)生，通過飛輪裝置的電流才會(huì)可以降為零。然而，對(duì)于這個(gè)電路，底部 MOSFET 電流必須進(jìn)一步上升一點(diǎn) - 直到有足夠的電流通過頂部 MOSFET，以便在正向方向上下降足夠的電壓以使 Tr8 的基極發(fā)射極導(dǎo)通。此時(shí) PUT 對(duì)突然打開，將 MOSFET 柵極短路并將其關(guān)閉。如果這看起來有點(diǎn)過激，請(qǐng)查看 MOSFET 瞬態(tài)電流處理規(guī)范，并記住該過電流流過大約一微秒。
    人們常說，您需要在 MOSFET 的柵極上安裝一個(gè)齊納二極管來防止電壓瞬變。很少解釋這些瞬態(tài)可能來自何處。然而，這些控制器設(shè)計(jì)用于的永磁電機(jī)類型具有換向器和電刷。當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，它們會(huì)在適當(dāng)?shù)睦@組之間快速切換電流。刷弧。如果在電機(jī)工作時(shí)觀察電刷，您可以清楚地看到這種電?。褐挥性O(shè)計(jì)非常好的新電刷才不會(huì)產(chǎn)生明顯的電弧。
    次無線電傳輸是通過火花發(fā)射器進(jìn)行的。電弧是非常好的寬帶噪聲發(fā)生器，并且（因?yàn)榭赡苡写罅侩娏髁鲃?dòng)）這種噪聲也可能具有非常高的能量。如果電機(jī)接線恰好有正確的傳輸路徑與產(chǎn)生的瞬變?cè)肼曄嘁恢拢敲匆粋€(gè)巨大的尖峰就會(huì)傳回 MOSFET。這個(gè)噪聲尖峰可以通過 MOSFET 的內(nèi)部電容耦合到它自己的柵極，如果柵極驅(qū)動(dòng)電路有問題，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)柵極電壓瞬態(tài)，這可能會(huì)損壞 MOSFET。因此需要考慮這種機(jī)制，夾緊澆口是使用的方法之一。
    這種類型的噪聲的問題是沒有系統(tǒng)被抑制的級(jí)別：始終存在高于您的保護(hù)級(jí)別的噪聲尖峰到達(dá)的可能性。很像防洪、防震、防雷的情況，“安全”是不存在的！這完全取決于統(tǒng)計(jì)概率。
    我們通過艱難的方式了解了這一點(diǎn)：第 2 期 2QD 電路有一個(gè)電流源，而不是 1K 上拉 IC1b 引腳 14。當(dāng)我們用一個(gè)電阻器代替它時(shí)，我們突然出現(xiàn)了更多看似隨機(jī)的故障。這種變化實(shí)際上是首先在 NCC 控制器上完成的，它在這里使用相同的電路。一位客戶反復(fù)燒毀后面的電路而不是前面的電路。
    然后我們注意到，在繼電器中，極片和銜鐵之間，有鐵屑！經(jīng)詢問，該客戶承認(rèn)他一直在系統(tǒng)附近使用角磨機(jī)。鐵屑進(jìn)入了電機(jī)和控制器。您可以想象當(dāng)銼屑卡在刷具中時(shí)一定會(huì)產(chǎn)生噪音！
    電流源實(shí)際上將 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)電阻器的基極（通過晶體管集電極基極結(jié)二極管）鉗位到 9v1 線路，并由齊納二極管鉗位。用 1K 替換電流源也會(huì)用 1K 替換這個(gè)尖峰鉗位。這導(dǎo)致了可靠性的降低。幸運(yùn)的是，我們遇到了這種“倒霉”--它使我們能夠識(shí)別出一種機(jī)制，這種機(jī)制在設(shè)計(jì)合理的控制器上非常罕見，以至于很難識(shí)別：它只是偶爾出現(xiàn)的隨機(jī)和不穩(wěn)定的故障，因?yàn)闆]有充分的理由。問題是，如果你有一個(gè)每 100,000 個(gè)控制器小時(shí)發(fā)生的故障機(jī)制，你需要現(xiàn)場(chǎng)有足夠的控制器，回報(bào)率足以讓你真正認(rèn)識(shí)到存在一種模式。只有這樣你才能開始研究原因。
    D6 將柵極直接鉗位到 9v1 線路，該線路本身由齊納二極管鉗位到 MOSFET 源極。在后來的設(shè)計(jì)中，柵極驅(qū)動(dòng)器發(fā)射極處的 9v1 齊納二極管直接鉗位到 0v。D6 在這里工作，因?yàn)檐壍缆窂胶芏獭?br>