从零开始之了解电机及其控制（7）半桥驱动方式

任何占空比不为0或100%的PWM 信号都可以分为两个阶段，

在强制阶段，电流被动从电源流过电机。

而非强制阶段则没有。

我们将讨论的三种开关方法在强制阶段的行为都是相同的，而非强制阶段的差异会极大地改变电机系统的电气动力学和效率。

定义以下三种分析中的每一种，都使电流从左向右流过负载

1. 硬开关

强制阶段，控制电流从左向右流过负载，左上和右下MOSFET闭合。

非强制阶段，高、低MOSFET均打开。

 

由于电机的电感效应，电流将被迫继续在电机中从左向有流动，因此，它将通过左侧从地面拉起，并通过右侧高侧 MOSFET二极管强制返回电池或电源。

1. 软开关

强制阶段，与硬开关一致。

非强制阶段，只有左上MOSFET将打开，由于电机的电感而被迫继续流动的电流将从地向上流过左侧低侧二极管，流经电机，然后通过右下MOSFET返回地。

1. 互补开关

强制阶段，与硬开关一致。

非强制阶段，左上MOS打开，左下MOS关闭，电流将从地向上流过左侧的MOS，流经电机，然后通过右下MOS返回地。

有两个主要因素导致切换方法之间的动态差异，一是施加到负载的直流电压，二是非强制阶段的二极管压降。

电流从地面驱动到电源，如果电源是电池，这意味着您在此阶段正在为电池充电，你可能在想，给电池充电不是挺好的，但是，事情没那么简单。简单理一下，如果您将能量重新注入电池，那么该能量必须来自某个地方，因为能量总是守恒的，例如，如果我们看一下像特斯拉这样的汽车，使用再生制动，流回电池的能量来自汽车减速至停止时动能的减少，因此，您正在获取无论如何都想摆脱的动能并重新捕获其中的一部分，然而，在切换阶段，流回电池的能量是电池在用力阶段试图建立电流所花费的能量。

由于在每个非强制阶段，这些能量都会从系统中耗尽，因此您必须以比其他方式更高的占空比运行才能保持相同的电流水平。因为能量使用效率永远小于1，因此，您最终会在延长的用力阶段花费更多的能量，并在非受力阶段收回一定量的能量，这少于您在这些用力阶段消耗的额外能量，但能源支出的净增加并不是唯一的问题，

在强制阶段，用V伏特推动电流

在非强制阶段，电流逆着V伏向上流动，因此，除非您的PWM 占空比大于50%，否则您将无法维持电流，这意味着硬开关的高分辨率电流控制更加困难，并且在一定程度上导致再生效率低下，硬开关的效率明显低于其他两种对应方式。

当电流沿着二极管允许的方向流动时，它的电阻与流过它的电流成反比，这意味着，无论二极管中流过的电流是1mA还是5A，二极管上都会有恒定的压降，这就是导致这些切换方案之间的另一个差异的原因，

在软开关的非受迫阶段，电流流向一个二极管，而在硬开关期间，我们向上流动两个二极管，实际些，这些二极管上的压降通常都过电压。对于较低电压的系统，这可能是巨天的，并口可能导致电流衰减比其他情况快得多，

本质上，虽然电流在软开关的非受迫阶段继续流动，但由于二极管压降，它会产生大约一个伏特的推回电流，在硬开关期间，电压将超过两伏，更不用说它会逆着电源电压流动，反推电流的电压将导致电流衰减得更快，而这种更快的衰减速度使高分辨率电流跟踪变得更加困难。

此外，硬开关和软开关期间二极管中的电阻能量损耗意味着整体效率较低

综上，通常建议在六块换向期间使用互补开关。

关于H桥驱动电机时，电机功率的一些误解，电机两端转换为机械能的电压是反电动势，而不是电源电压，因此，将电机电流乘以电池电压并将其称为功率输入是不正确的

另一种解释是查看流经电机的电流源，在PWM 周期的强制阶段，流经电机的电流直接来自电池，然而，在非受迫阶段，电流被电感器从地拉起。

 

因此，如果您以 50%的占空比运行，则电机只有一半的时间从电源获取能量。

然而，六块换向并不是最高效或最有效的换向方案。