如何估计电机能量反馈和虚拟机电源的泵浦幅度

电机能量反馈是电机驱动系统中常见的问题。许多设计人员不得不选择两倍于额定电压水平的电机电源电压(VM)水平，这将增加系统成本。幸运的是，如果您可以首先估计泵的扬程，您可以选择确切的虚拟机余量。在本系列的第一篇文章(专门针对常见问题)中，Nicholas Oborny给出了如何阅读电机驱动器产品规格的建议。今天，通过介绍一种估算抽水量的方法，作者将继续谈论这个话题。

虚拟机泵浦波形

图1示出了减速期间由能量反馈引起的典型虚拟机泵送波形。当输入脉宽调制(脉宽调制)的占空比从99%变为70%时，虚拟机电压从24V升至32V。(测试是在TI电机驱动设备DRV8840上进行的，drv 8840是一款5A刷DC电机驱动器。)

图1:再生电能现象和虚拟机泵现象

泵送机构

在这里，我们需要一些关于DC/DC电源管理的背景信息，以了解抽水机制。因此，让我们来看看典型的降压升压电路是如何工作的。请参考图2。有趣的是，在PWM控制时使用H桥驱动电机时，可以同时看到降压和升压的过程。如图3所示，它是一个典型的脉宽调制导通期间的降压电路。在图4中，在脉宽调制的关断周期中，反电动势(EMF)充当升压机构中的输入电源。

图2:降压和升压电路

图3:H桥中的降压变换

图4:H桥中的升压转换

有刷DC电机的运行模式可以表示为等式(1)。

在正常驱动条件下，脉宽调制占空比=D，电机将以等式(2)所示的电压VDRV驱动的速度运行。

根据等式(1)，我们应该能够估计

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升压效应将使VBST为

根据方程式（2）、（3）、（4），我们可估算出

因此，在正常运行状态下不存在VM泵升。

当PWM占空比从D1减小至D2时，就在发生减小的时间点之前，我们可估算出

占空比刚刚减小后，电机的速度不能突然改变，因此基于新的占空比D2计算出VBST是

根据方程式（6）、（7），我们可得出

当K * D1/ D2 > 1时，我们可估算出

VBST将比VVM高，并引起泵升效应。假设K接近1，那么任何时候您减小占空比并使D2 < D1，VM泵升均会发生。例如，要是您让占空比从100％减至50％，则VBST= 2 * VM。要是您让占空比从90％减至30％，那么您将看到泵升电压是VM的3倍。

泵升测试