直流有刷馬達接近PWM100%不穩定

直流有刷馬達 gatedriver pwm h橋

Q 2020-11-17 15:38:46 ‧ 3229 瀏覽

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各位前輩:
小弟剛接觸馬達電路設計，目前設計了一塊直流有刷馬達驅動板。是使用H橋驅動馬達正反轉，並且使用英飛凌的gate driver 驅動，原理圖附件。
電路在進行測試時使用PWM控制，但在PWM訊號到達較高的duty cycle時(不同馬達出現狀況的duty cycle不同)，會出現馬達狀態不穩的狀況。我直接在gate driver晶片的PWMH2腳位用訊號產生器產生PWM 3.3V 20Khz的訊號(duty cycle動態調控) ，其他接腳則分別在PWML1接3.3V的高電位，PWMH1、PWML2接地，馬達則接在M+、M-腳位。電壓的部分在圖中+48_1V接15V、+15V接12V，其餘的地線則互相導通。在影片中實驗的過程可以看到直接在訊號產生器上調整duty cycle 對應馬達的狀況，可以看到在dutt cycle調整到96%時出現不穩定的狀況。
(可以開聲音比較清楚)
測試時影片:
https://youtu.be/CkmF651DQeM
接示波器測試時影片:
https://youtu.be/TXXWQKXWQg4
附上在duty cycle 95% 時的脈波

各位前輩有遇過這個問題嗎?

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marlin12 iT邦研究生 5 級 ‧ 2020-11-17 20:16:09 檢舉

Gate Driver的HO驅動電路，是由4.7uF電容來供電的。
在無刷電機的應用中，這個電容是在PWM2H低電平和PWM2L高電平時，經過MOSFET充電的。
在你的有刷電機應用中，PWM2L長期在低電平，那個電容只好在PWM2H低電平時，經過電機充電。
可是，當PWM2H的duty cycle >= 96%時，低電平時間太短，不足以給電容充電，導致HO驅動電路無法正常工作。
另外，為了保護輸出電路，Gate Driver的輸入電路也會把<100ns的高電平脈衝和<150ns的低電平脈衝過濾。
事實上，以上兩點都己經在Gate Driver說明書的3.1和3.4部份題到。https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-2EDL_family_Technical_description-ApplicationNotes-v02_00-EN.pdf?fileId=5546d4614755559a01475ce0c26600dd

另外，你的旁路電容太小了。通常，旁路電容應該是Bootstrap電容的10倍或以上，即是4.7uF x 10 = 47uF或以上。

Q iT邦新手 5 級 ‧ 2020-11-18 11:13:00 檢舉

感謝前輩的回覆，後來我有回去細讀文件，對照我的訊號應該原因就是轉態時間太短造成電容充電時間不夠，Ho輸出不正常，不過好像可以調整自舉電容改善。可以總結此元件是無法在轉態時間低於條件下工作以及無法在PWM100%下工作(自舉電容無法充電?)嗎，還是說有其他解決方案呢?

marlin12 iT邦研究生 5 級 ‧ 2020-11-18 21:36:40 檢舉

bootstrap電容充電時間不夠，原因是PWM2H低電平時間太短，為何你卻認為是[轉態時間太短造成]的呢？

那怕是透過減少bootstrap電容的電容值和內阻，去減少充電時間。但是，也不可能在duty cycle迫近100%的時候，讓HO驅動電路正常工作！

把H-bridge的供電電壓改為17V，用89% duty cycle的PWM，不是己經可以達到均值的15V嗎？為何必定要在15V供電下，PWM的duty cycle達到100%呢？！