Der Unterschied zwischen dem langsamen Abklingmodus und dem schnellen Abklingmodus in H-Brücken-DC-Motoranwendungen

Unterschied zwischen Schnellhypnose und langsamen Induktionen! (Kann 2019).

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Anonim

Der Unterschied zwischen dem langsamen Abklingmodus und dem schnellen Abklingmodus in H-Brücken-DC-Motoranwendungen


In diesem Artikel betrachten wir den Unterschied zwischen dem langsamen Abklingmodus und dem schnellen Abklingmodus, warum diese Namen verwendet werden und wie sie die Motorverzögerung beeinflussen.

Meine eigene Einführung in die Modi des Verfalls

Anfang dieses Jahres habe ich eine Leiterplatte entworfen, die die Verwendung eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit der Endanwendung erfordert, die vorschreibt, dass der Motor in beiden Richtungen (im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn) arbeitet. Jetzt hätte ich FETs, Dioden und I / O-Ports an meinem ausgewählten Mikrocontroller verwenden können, um die Richtung des DC-Motors manuell zu steuern - und ich war sehr versucht, diesen Ansatz zu wählen - aber das war, bevor ich auf den DRV8801PWPR von TI stieß Treiber. Der DRV8801 ist ein H-Brücken-Motortreiber, der verschiedene Funktionen bietet, darunter einen langsamen Abklingstrom-Modus und schnellen Abklingstrom-Modus, sowie einen stromsparenden Schlafmodus, der für mein batteriebetriebenes Projekt eine Voraussetzung war.

Obwohl der DRV8801 die FETs enthält, aus denen die H-Brücke besteht - dies ist auch der Fall mit dem MAX14870 von Maxim, der als Motorcontroller in unserem C-BISCUIT-Design verwendet wurde -, gibt es auch andere Motortreiber, die Entwicklern zur Verfügung stehen externe FETs. Ein Beispiel für diese Gate-Treiber-ICs ist der DGD0506 von Diodes Incorporated.

Bevor wir weiter auf die Zerfallsmodi eingehen, lassen Sie uns eine kurze Analyse der H-Brücke machen.

H-Brücke - ein kurzer Rückblick

Eine H-Brücke ist eine ziemlich einfache Schaltung. Er enthält vier unabhängig gesteuerte FETs (oder BJTs, aber heutzutage sind FETs gebräuchlicher), die als Schaltelemente dienen, die zur Kanalisierung des Stromflusses durch die Last - typischerweise eine induktive Last wie ein Motor - dienen. Abbildung 1 zeigt das "H" in der H-Brücke.

Abbildung 1. Schaltplan einer H-Brücke; Die beiden Strompfade ähneln dem Buchstaben "H".

Externe Dioden - die als Freilauf- oder Rücklaufdioden bezeichnet werden - sind nicht immer in einer H-Brückenschaltung enthalten, da die Body-Dioden der FETs an ihrer Stelle verwendet werden können.

Vorsicht bei der Verwendung einer H-Brücke: Schalten Sie niemals zwei FETs auf derselben Seite ein, dh Q1 und Q2 oder Q3 und Q4. Dadurch entsteht ein Pfad mit sehr niedriger Impedanz von der positiven Schiene zur Masse, und der resultierende hohe Strom - gewöhnlich als "Durchschuss" bezeichnet - könnte die FETs beschädigen.

Fast Decay-Modus

Mein oben erwähntes DC-Motorprojekt erforderte, dass der Motor, wenn er deaktiviert war, an einer bestimmten Position schnell anhalten würde. Angesichts dieser Anforderung war ich mir zunächst sicher, dass ich den schnellen Abklingmodus einsetzte. Es ist vernünftig anzunehmen, dass "schneller Abfall" einer schnellen Verzögerung entspricht. Ich habe mich geirrt. Nachdem ich das Thema gelesen hatte, erkannte ich, dass die Begriffe langsamer Abfall und schneller Abfall mit dem Stromfluss durch den Induktor zusammenhängen und nicht direkt mit dem Verhalten des DC-Motors zusammenhängen.

Um diesen Punkt zusammenzufassen: Denken Sie nicht, dass schneller Verfall den Motor schnell stoppen wird, weil es in Wirklichkeit das Gegenteil ist.

Der Name "Fast Decay Mode" bezieht sich auf die Tatsache, dass dieser Modus ermöglicht, dass der Spulenstrom eines Motors sehr schnell auf Null abfällt. Die folgende Abbildung 2 zeigt den Stromfluss, der von V bat ausgeht und sich dann durch Q1, die Motorwicklung und Q4 auf dem Weg zum Masseknoten bewegt. Unter dieser Bedingung wird der Motor erregt und dreht sich normal.

Abbildung 2. Der Motor ist eingeschaltet und dreht normal.

Wie Sie wissen, kann sich der Strom durch einen Induktor (wie die Spannung über einem Kondensator) nicht sofort ändern. Wenn wir Q1 und Q4 deaktivieren, fließt weiterhin Strom durch Sperrdioden oder FET-Bodydioden; Dieser Strom wird allmählich auf Null fallen. Fast-Decay-Modus ist eine Technik, die FETs anstelle von Dioden verwendet, um einen Pfad für diesen abklingenden induktiven Strom bereitzustellen. Abbildung 3 zeigt Q2 und Q3 aktiviert, während Q1 und Q4 deaktiviert sind.

Abbildung 3. Q2 und Q3 aktiviert (Fast-Decay-Modus).

Indem Q2 und Q3 in den leitenden Zustand gebracht werden, legen wir die Source-Spannung erneut an die Induktivität an, jedoch mit der entgegengesetzten Polarität, dh einer Polarität, die den induktiven Strom dazu bringt, schneller abzufallen.

Vergiss nicht, dass das Durchschießen ein großes No-No ist. Deshalb müssen wir einen FET abschalten, bevor wir den anderen aktivieren - wir müssen "Break-Before-Make" machen. Glücklicherweise müssen wir uns bei der Verwendung des DRV8801 und anderer Motortreiberchips keine Gedanken über diesen Break-before-make-Dance machen, da er automatisch vom IC gehandhabt wird.

Schließlich, abhängig von Ihrer Anwendung, ist die Verwendung des Fast-Decay-Modus möglicherweise nicht erforderlich. Stattdessen können Sie einfach die oben erwähnten Flyback-Dioden oder Body-Dioden verwenden. Das Timing bezüglich des Beginns der Dioden ist jedoch nicht bekannt, und dies kann in Ihrer Anwendung wichtig sein oder auch nicht. Laut der Community Support-Seite von TI: "Im Allgemeinen wird ein schneller Abfall normalerweise für Motoren mit hoher Induktivität, hohe Laufgeschwindigkeit, (oder) hohe Stufen von Mikroschritten benötigt, die alle schnell (schnell) geändert werden müssen." Außerdem kann der schnelle Abklingmodus die Verlustleistung reduzieren, wenn der Durchlasswiderstand der FETs zu einem Spannungsabfall führt, der niedriger ist als die Durchlassspannung der Dioden.

Abbildung 4. Als Alternative zum Fast-Decay-Modus können Sie Body-Dioden oder externe Flyback-Dioden verwenden, um einen Pfad für den abklingenden induktiven Strom bereitzustellen. Bild mit freundlicher Genehmigung von SLVA321 App Note von TI (Abbildung 3).

Langsamer Abklingmodus

Sehen wir uns 2 an, wo der Motor normal läuft. Jetzt, anstatt Q2 und Q3 einzuschalten und Q1 und Q4 wie beim Fast Decay-Modus auszuschalten (Abbildung 3), schalten wir jetzt Q1 aus und aktivieren Q2 (siehe Abbildung 5 unten).

*** Hinweis: Entweder beide Low-Side-FETs oder beide High-Side-FETs können für den Slow-Decay-Modus verwendet werden.

Abbildung 5. Q2 und Q4 aktiviert (langsamer Abklingmodus).

Der Strom des Induktors sinkt auf Null, wenn er durch Q2 und Q4 in einer Umlaufart geleitet wird. In diesem Fall gibt es keine angelegte Spannung, die den Strom zwingt, sich schnell zu entladen; vielmehr wird der Strom als Wärme abgegeben, wenn er durch den Widerstand der Induktivität und den Einschaltwiderstand der beiden FETs fließt.

Trotz des langsameren Stromabfalls bietet dieser Modus eine schnellere Reduzierung der Motordrehzahl. Wenn sich ein Gleichstrommotor dreht, erzeugt er eine Gegen-EMK. Wir können uns das als eine Manifestation der Trägheit oder gespeicherten Energie des Motors vorstellen. Im schnellen Abklingmodus wird der Motor trotz des schnellen Stromabfalls in Richtung der Nullwinkelgeschwindigkeit laufen, wenn die gespeicherte Energie allmählich abgeführt wird.

Wenn wir Q2 und Q4 aktivieren, erzeugen wir einen niederohmigen Pfad zwischen den beiden Motorklemmen. Dadurch wird die Gegen-EMK im Wesentlichen geschlossen und die gespeicherte Energie des Motors kann viel schneller abgeleitet werden. Das Ergebnis ist eine schnelle Verzögerung bis zu dem Punkt, dass der Ausdruck "Bremse" mit einem langsamen Abklingmodus verbunden ist.

Denken Sie also daran, dass die Bezeichnungen "langsam" und "schnell" direkt mit der Rate des Abfalls des Stroms durch die induktive Last (wie eine Motorwicklung) in Verbindung stehen, nicht mit der Verringerung der Winkelgeschwindigkeit des Motors.

Zusammenfassend

Der schnelle Abklingmodus bewirkt eine schnelle Verringerung des induktiven Stromes und ermöglicht dem Motor, auf Null-Geschwindigkeit auszuweichen. Der Slow-Decay-Modus führt zu einer langsameren Verringerung des Induktionsstroms, erzeugt jedoch eine schnelle Verzögerung.

Abbildung 6 fasst die aktuellen Pfade dieser beiden Zerfallsmodi zusammen.

Abbildung 6. Aktuelle Pfade im DRV8801. Bild mit freundlicher Genehmigung des Datenblattes DRV8801 von TI (Seite 14).

zusätzliche Information

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