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电机控制安全:PWM 直通

在 H 桥中使用互补 PWM 时的一个主要考虑因素是短路的可能性,也称为“击穿”。

如图 5 所示,如果同一支路上的两个开关同时打开,H 桥配置可能会导致电源和接地之间发生直接短路。

如果同一条腿上的两个开关同时打开,则可能会发生击穿

图 5.如果同一条腿上的两个开关同时打开,则可能会发生击穿

这种情况可能非常危险,因为它可能导致晶体管和整个电路过热并损坏。

由于固有器件延迟和栅极电容和二极管反向恢复效应等非理想因素,直通成为基于 FET 的 H 桥的主要考虑因素。这些影响的结果是MOSFET不是理想的开关,并且栅极控制信号打开/关闭与MOSFET本身打开/关闭之间存在很小的时间延迟。

由于这种延迟,互补 PWM 信号可能会意外地导致同一支路上的 H 桥 MOSFET 同时导通,从而导致击穿。

直流电机控制的 PWM 死区时间

为了解决 FET 非理想性引起的击穿问题,标准解决方案是在 PWM 控制中实现死区时间。

在直流电机控制中,死区时间是在驱动同一 H 桥臂上的开关的 PWM 信号的开关沿之间插入的一小段时间(图 6)。

互补 PWM 信号之间的死区时间。

图 6.互补 PWM 信号之间的死区时间。图片由Widodo 等人提供

通过在一个 FET 关闭和另一个 FET 导通之间留出一段时间缓冲,死区时间可确保同一支路上不会有两个晶体管同时导通,从而防止击穿。

虽然存在死区时间电路,但它通常在固件中实现,其中微控制器 (MCU)定时器可以在互补信号之间生成所需的死区时间。