双极PWM技术在电机控制中的应用与优势

在当前技术环境下，我们面临的一个关键变革是信号的正反向不再作为独立元素存在。安徽皖南电机特别是在双极性PWM控制中，正反向的运动信息已内嵌于PWM信号之中。在没有负载的情况下，当PWM信号的占空比超过50%时，驱动电机前进；反之，当占空比低于50%时，则驱动电机后退。对于机械工程师而言，这相当于在电气层面上实现了静液压无级变速器（CVT）的功能。在这样的系统中，驾驶者仅需操作一个摇杆即可同时调整速度与方向，而摇杆的中位则对应于停止状态。

双极PWM技术实质上是一种涵盖四个运行象限的技术。只要施加的平均电压与电机的反电动势电压同极且幅值更大，电机即以电动模式运行。反之，若两者同极但幅值较小，电机则进入发电模式。皖南电机关于象限1和象限4的运行模拟，您可以点击此处观看。此外，双极PWM技术仅需处理器输出一个PWM信号（若死区时间由PWM模块内部生成，则需两个），极大地提升了处理器的效率。若死区时间由FET栅极驱动器提供，则即使在拥有六个独立PWM通道的处理器上，也能驱动多达六个直流电机！

然而，双极PWM的*大亮点在于，不论PWM信号如何变化，电机电流总是通过一个单一的分流电阻器流动。因此，我们能够持续监测电机电流，而关键在于如何适时地采样电流波形。虽然我计划在后续文章中详细介绍电流采样，但在此简要提及。通常，我们希望得到电机电流随时间的平均值。然而，由于电流波形上对应平均电流值的点会因占空比的不同而在PWM周期中变化，这就要求我们或是使用定时器在不同时间触发ADC，或是……

我们可以采用中心对齐的PWM技术。尽管在大多数情况下，我们会选择使用中心对齐的PWM，因为两个独立PWM信号之间存在谐波干扰，但在此情况下，我们只需一个PWM信号。那么，为什么中心对齐的PWM会带来优势呢？这是因为中心对齐的PWM在PWM模块中生成，为双极PWM应用带来了独特的便利。参考下图，我们可以利用三角计数器波形来生成中心对齐的PWM，计数器先向上计数至*大值，然后翻转向下计数至*小值，如此循环。随着调制电压的变化，PWM脉冲宽度也随之变化，使得载波波峰和波谷分别出现在低脉冲宽度和高脉冲宽度的中心。忽略死区时间引起的任何延迟，我们会发现电流的平均值也出现在载波到达峰值或谷值时。这不失为一个巧妙的设计！皖南电机价格表

事实上，在C2000处理器上使用的PWM模块中，ADC触发器能够在计数器峰值和谷值处生成，以便在电流波形等于其平均值时进行采样。使用双极PWM，我们可以在一个PWM周期内对电机电流进行两次采样，这使得我们能够以两倍于PWM的频率运行数字电流环路。

在重建电机电流波形时，另一个问题是对于非常窄的脉冲宽度，分流信号仅短暂反映电机电流，可能因时间过短而无法获得可靠的读数。然而，在双极PWM中，若某个PWM状态的脉冲宽度过短，我们可以简单地切换到另一个PWM状态，此时分流信号会相应变长，从而保证在每个PWM周期内至少有一个间隔，分流信号宽度足够宽，便于准确读取电机电流。

尽管双极PWM技术相比单极PWM技术，电机电压波形中包含更多谐波成分，这可能导致更高的电流纹波和电机额外发热，通常这种技术仅适用于电气时间常数高的电机，以便更好地滤除谐波。对于电气时间常数较低的电机，可能需要提高PWM频率以减少电流纹波，但这会增加H桥中的开关损耗。皖南电机

但在某些应用中，这种缺点也可能转化为双极PWM相对于单极PWM的优势。例如，当需要非常安徽皖南电机快速调整电机电流（如步进电机的高频微步）时，某些应用可能需要在电流波形上快速从单极PWM过渡到双极PWM。您可以在此找到VisSim仿真，比较相同负载下相同电机上单极和双极PWM的性能，我鼓励您亲自操作这个模拟，以验证上述内容。在下一篇文章中，我们将探讨另一种单极PWM技术，该技术实际上可以使电机感知到的PWM频率加倍，同时以常规PWM频率切换晶体管，并为理解标准三相正弦PWM的工作原理提供新的视角。