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H 桥直流电机应用中慢衰减模式和快衰减模式的区别
接线图
2024年02月06日 17:45 442
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H 桥是一个相当简单的电路。它包含四个独立控制的 FET（或 BJT，但 FET 现在更常见），用作开关元件，用于引导电流流过负载（通常是感性负载，例如电机）。下图 1 显示了 H 桥中的“H”。
外部二极管（称为续流或反激二极管）并不总是包含在 H 桥电路中，因为可以使用 FET 的体二极管来代替它们。
使用 H 桥时请注意：切勿开启同一侧的两个 FET，即 Q1 和 Q2，或 Q3 和 Q4。这样做会创建一条从正轨到地的阻抗非常低的路径，而产生的高电流（通常称为“击穿”）可能会损坏 FET。
快速衰减模式
我前面提到的直流电机项目要求电机在禁用时能够快速停止在特定位置。因此，考虑到这一要求，我首先确信采用快速衰减模式正是我所需要的。假设“快速衰减”对应于快速减速是合理的。我错了。在阅读了这个问题后，我意识到术语慢衰减和快衰减与流经电感器的电流相关，并且与直流电机的行为没有直接关系。
总结一下这一点：不要认为快速衰减会使电机很快停止，因为实际上恰恰相反。 “快速衰减模式”这个名称指的是这种模式允许电机线圈电流非常快速地衰减到零。下面的图 2 描述了源自 V bat 的电流，然后流经 Q1、电机绕组和 Q4 到达接地节点。在此情况下，电机通电并正常转动。
通过驱动 Q2 和 Q3 导通，我们再次向电感器施加源电压，但极性相反，即促进感应电流更快衰减的极性。
不要忘记，投篮是一个大禁忌。因此，我们必须先禁用一个 FET，然后再启用另一个 FET - 我们必须“先断后合”。幸运的是，当使用 DRV8801 和其他电机驱动芯片时，我们不必担心这种先断后通的情况，因为它是由 IC 自动处理的。 最后，根据您的应用，可能不需要使用快速衰减模式。相反，您可以选择简单地使用上面提到的反激二极管或体二极管。然而，二极管何时开始导通的时间未知，这在您的应用中可能重要也可能不重要。根据TI 的社区支持页面，“一般来说，高电感电机、高运行速度或高微步进通常需要快速衰减，这些电机都需要电流快速变化。” 此外，如果FET 的导通电阻导致压降低于二极管的正向电压，则快速衰减模式可以降低功耗。
图 4.作为快速衰减模式的替代方案，您可以使用体二极管或外部反激二极管为衰减感应电流提供路径。图片由TI 的 SLVA321 应用说明提供（图 3）。
慢衰减模式让我们回顾一下图 2，其中电机正常运行。现在，我们不再像快速衰减模式那样打开 Q2 和 Q3 并关闭 Q1 和 Q4（图 3），而是禁用 Q1 并启用 Q2（参见下面的图 5）。 ***注：两个低侧 FET 或两个高侧 FET 均可用于慢衰减模式。
当电感器的电流以再循环方式流经 Q2 和 Q4 时，其电流减小至零。在这种情况下，没有施加电压迫使电流快速放电；相反，电流在流经电感器电阻和两个 FET 的导通电阻时以热量形式耗散。
尽管电流衰减较慢，但该模式可以更快地降低电机速度。当直流电机旋转时，会产生反电动势。我们可以将其视为电机惯性或存储能量的表现。在快速衰减模式下，尽管电流衰减很快，但随着存储的能量逐渐耗散，电机将滑向零角速度。
当我们启用 Q2 和 Q4 时，我们将在两个电机端子之间创建一条低阻抗路径。这实质上缩短了反电动势，从而使电机存储的能量能够更快地耗散。结果是快速减速，以至于术语“制动”与缓慢衰减模式相关联。
因此请记住，“慢”和“快”的名称与通过感性负载（例如电机绕组）的电流衰减率直接相关，而不是与电机角速度的降低相关。
总之
快速衰减模式会导致感应电流快速减少，并允许电机滑行至零速度。慢衰减模式导致感应电流减少较慢，但会产生快速减速。
下面的图 6 总结了这两种衰减模式的当前路径。
图 6. DRV8801 中的电流路径。图片由TI 的 DRV8801 数据表（第 14 页）提供。
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