PWM 脈寬調(diào)制是一種調(diào)節(jié)直流電機(jī)速度的好辦法，本文描述了兩種驅(qū)動電路，采用24V供電（可接受輸入范圍15V-30V），最大電流80A。這些驅(qū)動器可以用來調(diào)節(jié)小型電動車的行駛速度。第一個驅(qū)動器用了一個PROFET功率管，以500Hz的開關(guān)頻率工作。第二個則用的是MOSFET功率管，以20KHz的頻率工作。我們都知道，開關(guān)頻率高的更加理想。

開關(guān)理論

理想的開關(guān)頻率應(yīng)該比電機(jī)的轉(zhuǎn)速高得多，讓電機(jī)產(chǎn)生一種真正是被直流驅(qū)電動的錯覺。定量的說，開關(guān)頻率至少要是電機(jī)轉(zhuǎn)速的5倍以上。舉個例子，如果電機(jī)轉(zhuǎn)速6000rpm（100 rps），開關(guān)頻率就得是100Hz * 5 = 500Hz以上。另外還有一種計(jì)算方法是開關(guān)頻率遠(yuǎn)高于電機(jī)的時間常數(shù)的倒數(shù)，即1/Ta，其中Ta=L/R 是電機(jī)時間常數(shù)。L和R，很顯然，代表的是電機(jī)的內(nèi)部阻抗。 典型的直流電機(jī)，如200W功率，24V供電的，L =1mH，R=0.5歐。 這樣算下來，1/Ta = R/L = 0.5/0.001 = 500Hz， 這樣一來的話，開關(guān)頻率就要達(dá)到KHz量級。前文所述的20KHz正是一種常用的頻率。這同時也避開了電機(jī)在音頻范圍內(nèi)的振動和噪聲干擾。

搭建指南

下圖中的電路不難在面包板上搭出來，最好把功率器件（PROFET或MOSFET）單獨(dú)放在一塊板上，并配上散熱器?？纯春竺娴膶?shí)物電路照片，功率器件必須要和供電電源或者蓄電池以及電機(jī)用很粗的線纜連接。本文用的是1.5mm（1.77平方毫米）的鍍錫銅線連接功率器件和線纜接插件。這對于平均電流20A以下的電機(jī)來說足夠了。接插件再引出導(dǎo)線的截面積則要達(dá)到2平方毫米以上。對于更高電流的電機(jī)，很顯然要用更加組厚的線纜。在這里要特別注意不能有任何形式的短路，特別是和大容量蓄電池相連的時候。必須要用帶限流的供電電源，并且先用一個小號的電機(jī)，上電測試電路能否正常工作。

PWM電路設(shè)計(jì)

通過上圖左下角那個47K的可變電阻，PWM信號的占空比從0%-100%可調(diào)，而右上角的R和C決定了輸出濾波的截止頻率，兩種不同的截止頻率對應(yīng)的電阻和電容選值。

12V電源供電

小電流的電路部分（不包含電機(jī)），可以用一個12V的線性電源供電。輸入電壓設(shè)計(jì)在15V以上，最大電流1A，加散熱器。

基于功率PROFET的 PWM電機(jī)驅(qū)動

第一種電機(jī)功率驅(qū)動電路基于PROFET管 BTS555，工作在500Hz的開關(guān)頻率，可以說BTS555相對來說是一個低速器件。需要注意的是BTS 555和兩個二極管DS75-08B和DS175-08B驅(qū)動更高電流的電機(jī)時，需要更大號的散熱器。目前更加常見，更好的設(shè)計(jì)是下面基于MOSFET的版本。

基于功率MOSFET的PWM電機(jī)驅(qū)動

之所以MOSFET方案更好的原因，毋庸贅言是它的開關(guān)頻率更高，達(dá)到20KHz. 這個電路同時避免了PROFET設(shè)計(jì)中功率二極管的壓降和功率損耗。不過，MOSFET本身需要一定的功率驅(qū)動，因?yàn)镸OSFET的容性負(fù)載很大，門級要2A以上的電流驅(qū)動才能導(dǎo)通。因此在PWM電路和電機(jī)驅(qū)動電路之間，還需要插入一級MOSFET驅(qū)動電路。同時，隨著電機(jī)電流的加大，它也需要更大的散熱器。

MOSFET 驅(qū)動范例1

一種可行的MOSFET驅(qū)動電路，不如范例2的優(yōu)秀。

MOSFET 驅(qū)動范例2

堪稱最好的MOSFET驅(qū)動電路，用的是專用芯片EL7212CN作為核心，需要注意的是這種電路的輸出邏輯是反向的。

一些示波器觀察到的信號

這些波形是通過PicoScope 示波器在PC上測量并獲取到的。電流是用一個0.1歐姆，10W的繞線電阻，測量兩端壓差換算出來的，不排除它的感性負(fù)載。這個電路和電機(jī)（我們也測試了車燈）串行連接，工作電壓18V，通過一個最大電流15A的直流電源提供。信號周期邊沿上的尖峰過沖是因?yàn)楣╇婋娫吹捻憫?yīng)頻率沒那么快造成的，在直流電壓瞬間切換時沒有那么快就能穩(wěn)定下來。實(shí)測的直流電機(jī)未加負(fù)載（15V，100W），作為對比，還測量了一個車燈（12V 50W的常見型號）

500Hz，30%占空比的PWM脈沖驅(qū)動直流電機(jī)，因?yàn)槊}沖頻率較低，電機(jī)的電流隨著脈沖波形有明顯周期起伏

20KHz，30%占空比的PWM脈沖驅(qū)動直流電機(jī)，因?yàn)槊}沖頻率很高，所有電機(jī)的電流看上去是近乎是直流。當(dāng)然，還有一些不可避免的尖峰脈沖出現(xiàn)。

500Hz，30%占空比的脈沖驅(qū)動車燈，在這個頻率下，車燈幾乎表現(xiàn)出純阻性，電流和電壓同步變化。

20KHz，30%占空比的脈沖驅(qū)動車燈，在這個頻率下，車燈的感抗體現(xiàn)出來，造成了電流信號邊沿的巨大尖峰過沖。

本文翻譯自Pico Technology 英文技術(shù)文庫，