PWM全桥电机驱动中的突波吸收电路、实验平台及实验方法与流程

pwm全桥电机驱动中的突波吸收电路、实验平台及实验方法
技术领域
1.本技术涉及技术领域，具体涉及一种pwm全桥电机驱动中的突波吸收电路、实验平台及实验方法。


背景技术：

2.晶体管、继电器等常见开关元件由于器件内部存在耦合电感与耦合电容，会在开关动作时在负载回路上产生尖峰电压与高频寄生震荡，这在实际应用中是需要绝对避免的。无用的尖峰信号与震荡不但会引起整个电路中引入复杂的电磁干扰不利于对目标对象的控制与其它器件的工作，而且也会使得开关元件本身产生过多的热量，使得这些元件稳定性可靠性大大降低。
3.传统技术中，电机驱动电路中会出现尖峰电压与高频寄生震荡，进而导致电机两端的pwm不能平稳过渡，而加入突波吸收电路可以对上述问题有所缓解。但是传统的突波吸收电路只是起到广义上的突波吸收，无法与具体的电机适配，进而对电机驱动电路中仍会存在一定的尖峰电压与高频寄生震荡现象。
4.因此如何实现一种有效的突波吸收电路，使得电机两端的pwm能平稳过渡本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本技术为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：
6.第一方面，本技术实施例提供了一种用于pwm全桥电机驱动中的突波吸收电路，包括：pwm驱动电路和rc吸收组件，所述rc吸收组建包括串联连接的吸收电阻和吸收电容，根据所述pwm驱动电路中开关元件的参数确定所述吸收电容的电容值和吸收电阻的电阻值。
7.采用上述实现方式，可根据各类型的pwm驱动电路进行定制化计算，根据计算结果设置的元器件参数更符合应用场合，能进一步保证驱动电路本身开关元器件的工作寿命，同时也可减小电路做功时的功率损失，优化产品emc特性等有益效果。
8.结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述pwm驱动电路包括串联连接第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关的漏极与内部电源电连接，所述第一开关管的源极分别与所述第二开关管的漏极和所述吸收电阻的第一端电连接，所述吸收电阻的第二端与所述吸收电容的第一端电连接，所述第二开关管的源极和第四开关管的源极接地，所述第四开关管的漏极分别与所述吸收电容的第二端和所述第三开关管的源极电连接，所述第三开关管的漏极与内部电源电连接。
9.结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述吸收电阻的第一端和所述吸收电容的第二端还分别与电机电连接。
10.结合第一方面或第一方面第一直二种任一可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，根据所述pwm驱动电路中开关元件的参数确定所述吸收电阻的电阻值，包括：
11.预设一个第一电容与开关管固有电容并联，并对所述第一电容赋第一电容值；
12.将所述第一电容的电容值增加直至振荡频率是起始频率的一半；
13.当振荡频率与回路的电感电容乘积的平方根成反比时，所述第一电容的电容值为起始电容4倍，由lc震荡电路频率
14.所述开关管固有电容ci为所述第一电容所增加电容的1/3；
15.所开关管固有电感为：其中fi为起始震荡频率；
16.所述吸收电阻rs的电阻值为
17.结合第一方面第三种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，根据所述pwm驱动电路中开关元件的参数确定所述吸收电容的电容值，包括：
18.确定最终的储存能量要大于回路电感中的能量的吸收电容cs，即，即i为晶体管关闭时允许流过续流二极管的最大电流；
19.初步确定吸收电容的电容值
20.吸收电容与吸收电阻产生一个时间常数，要小于1/10倍驱动器内晶体管开关周期的最短时间，即r
scs
＜t
on
/10，得出cs＜t
on
/10rs；
21.最终确定所述吸收电容的电容值
22.第二方面，本技术实施例提供了一种pwm全桥电机驱动中的驱突波吸收电路实验平台，对第一方面或第一方面任一可能实现方式所述的pwm全桥电机驱动中的突波吸收电路进行验证。
23.结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，设置示波器，将所述示波器的两个信号输入端与电机电连接。
24.第三方面，本技术实施例提供了一种pwm全桥电机驱动中的突波吸收电路实验方法，采用第二方面或第二方面第一种可能实现方式所述的实验平台，所述方法包括：断开突波吸收电路对电机输出的pwm波形进行获取；将所述突波吸收电路接入所述电机，对所述电机输出的pwm波形进行获取。将两次获取的所述电机输出的pwm波形进行比较，确定所述突波吸收电路控制效果。
附图说明
25.图1为本技术实施例提供的一种pwm全桥电机驱动中的突波吸收电路示意图；
26.图2为本技术实施例提供的一种pwm全桥电机驱动中的驱突波吸收电路实验平台逻辑示意图；
27.图3为本技术实施例提供的一种pwm全桥电机驱动中的驱突波吸收电路实验平台实物图；
28.图4为本技术实施例提供的一种pwm全桥电机驱动中的突波吸收电路实验方法流
程示意图；
29.图5为驱动电路匹配突波吸收电路前的波形；
30.图6为驱动电路匹配突波吸收电路后的波形；
31.图1-6中，符号表示为：
32.g1-第一开关管，g2-第二开关管，g3-第三开关管，g4-第四开关管，m-电机，r
s-吸收电阻，c
s-吸收电容。
具体实施方式
33.下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。
34.图1为本技术实施例提供的一种pwm全桥电机驱动中的突波吸收电路示意图，参见1，本实施例的pwm全桥电机驱动中的突波吸收电路包括：pwm驱动电路和rc吸收组件，所述rc吸收组建包括串联连接的吸收电阻rs和吸收电容cs，根据所述pwm驱动电路中开关元件的参数确定所述吸收电容cs的电容值和吸收电阻rs的电阻值。
35.具体地，所述pwm驱动电路包括串联连接第一开关管g1、第二开关管g2、第三开关管g3和第四开关管g4，所述第一开关的漏极与内部电源电连接，所述第一开关管g1的源极分别与所述第二开关管g2的漏极和所述吸收电阻rs的第一端电连接，所述吸收电阻rs的第二端与所述吸收电容cs的第一端电连接，所述第二开关管g2的源极和第四开关管g4的源极接地，所述第四开关管g4的漏极分别与所述吸收电容cs的第二端和所述第三开关管g3的源极电连接，所述第三开关管g3的漏极与内部电源电连接。
36.本实施例中所述吸收电阻r
sd
的第一端和所述吸收电容cs的第二端还分别与电机m电连接。
37.本实施例中为了确定吸收电阻rs和吸收电容cs的数值，首先需要确定开关元件回路的固有电容和电感。
38.假设开始用一个100pf电容与开关管固有电容并联，然后逐步增加该电容直到振荡频率是起始频率的一半。当振荡频率与回路的电感电容乘积的平方根成反比时，你所增加的与晶体管固有电容并联的电容现在已经增加到起始时总电容4倍，由lc震荡电路频率
39.这样，晶体管的固有电容ci是所增加电容的1/3，所以回路固有电感为：其中fi为起始震荡频率。
40.当开关电路中的晶体管开启时，根据电路的交流特征分析突波吸收电容就如同对开关电路短路，仅仅突波吸收电阻在回路中。选择不大于回路特征阻抗的电阻值，使得回路中的电感电流能够持续不变，假设当晶体管开启时没有暂态电压，所述吸收电阻rs的电阻值为
41.根据所述pwm驱动电路中开关元件的参数确定所述吸收电容的电容值，包括：确定最终的储存能量要大于回路电感中的能量的吸收电容cs，即，即i为晶体管关闭时允许流过续流二极管的最大电流。
42.初步确定吸收电容的电容值吸收电容与吸收电阻产生一个时间常数，要小于1/10倍驱动器内晶体管开关周期的最短时间，即r
scs
＜t
on
/10，得出cs＜t
on
/10rs，最终确定所述吸收电容的电容值
43.本实施例中，经过实验测量晶体管开启时暂态电压振荡频率是30mhz，增加的160pf并联电容将振荡频率降低到15mhz，可得到如下参数：ci＝160/3≈53pf；t
s-on
＝0.1/(20
×
103)＝5us；(pwm频率为20khz时)
[0044]vo
＝24
×
2＝48v，i＝4.5a，所以，回路电感为：
[0045][0046]
吸收电阻为：
[0047][0048]
根据电容容值范围的规定可得：
[0049][0050]
与上述实施例提供的一种pwm全桥电机驱动中的突波吸收电路相对应，本技术还提供了一种pwm全桥电机驱动中的驱突波吸收电路实验平台的实施例。对上述实施例所述的pwm全桥电机驱动中的突波吸收电路进行验证。
[0051]
参见图2，实验平台中设置示波器，将所述示波器的两个信号输入端与电机电连接。示波器用于获取电机输出的pwm波形。
[0052]
图3为实验平台实物图，自研pwm电机驱动负载为一台小型直流伺服电机，额定电流3.7a，额定电压24v，电机空载。
[0053]
本技术实施例还提供了一种pwm全桥电机驱动中的突波吸收电路实验方法的实施例，参见图4，所述方法包括：
[0054]
s1断开突波吸收电路对电机输出的pwm波形进行获取。
[0055]
s2将所述突波吸收电路接入所述电机，对所述电机输出的pwm波形进行获取。
[0056]
s3将两次获取的所述电机输出的pwm波形进行比较，确定所述突波吸收电路控制效果。
[0057]
图5为匹配突波吸收电路前pwm波形示波器截图。由图5中可以看出，匹配前两路半桥电路输出的pwm波形都带有较明显的尖峰电压与寄生震荡，不利于对电机进行精确控制。参见图6，匹配后波形有了明显的改善，无尖峰电压与震荡，边沿清晰，波形过渡平滑，说明了本技术设计的突波吸收电路对尖峰电压与高频寄生震荡具有抑制作用。
[0058]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所
述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0059]
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本技术未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本技术的技术方案并非是对本技术的限制，如来替代，本技术仅结合并参照优选的实施方式进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本技术的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本技术的宗旨，也应属于本技术的权利要求保护范围。