通过插入反向电压矢量,可以延长调制的有效采样时间。在电机控制应用中,这种方法很适合延长模拟量的采样时间。
脉冲宽度调制与采样
模拟值通常是在指定时间采样获得,在振铃期间与脉冲宽度调制同步,不需要采样。振铃是电源换相之后的一个瞬时状态。根据采样应用和类型的不同,采用可以在关闭或者开启的时间完成。模拟直流采样要求的时间限制了占空比的范围,而占空比又限制了电机的速度。在电机怠速的时候,反电动势就会变小。
这些调制可以插入一个反向电压矢量,用以尽量减小即时过电压的范围。这种方法在高速的时候并不影响单极调制,相比双极调制可以降低电磁兼容。这种调制方式还适用于双电机控制,来自电容的电流会被来自带有变动脉冲宽度调制的第二台电机的反向电流压制。
延长有效时间
脉冲宽度调制的目的,是为了保证无刷直流电机控制应用中反电动势采样有足够的有效时间。需要考虑到在所有的晶体管中切换与导电损耗的分布是相等的。反电动势是在被动段进行的采样,而其他两相可以进行补充(在有效时间/导通时间采样)或者连接到相同的终端(在关断时间采样)。在关断时间采样一般更加敏感,但是反电动势周期的一半(通常是负向)都要被桥联二极管所分割。在有效时间内反电动势采样的时候,电机节点的供电电压为正常的一半。在两极都可以观察反电动势的趋势。
对于低占空比的应用,有效时间可以比反电动势单极调制采样所要求的时间更短。最短时间是由模拟直流采样/转换要求的时间、连续测量的数量以及换相之后的瞬时振荡时间决定的。振荡时间则取决于电机的构成以及功率级的设计。需要尽量减小任何设计上的不对称和寄生阻抗,这样才能缩短振荡时间。还需要为单极调制限制最小电压。
双极调制并不会存在这些限制,因为其第二相会切换为第一相的补充。在这种情况下,对于50%的占空比而言,其平均电压为零。双极调制最主要的缺点,是纹波电流较大,开关损耗较高。
这种脉冲宽度调制将单极调制的有效时间延长到需要的长度(参见图1)。脉冲宽度延长是由反向电压矢量进行的补偿。插入一个反向电压矢量,可以让切换频率增加一倍,这样切换损耗也会增加一倍。因为只有在低速的时候才需要反向矢量插入,而这种情况导电的损耗一般也很低,晶体管的最大功率损耗并没有增加。在应用当中,很多时候并不需要延长有效时间,在低速情况下的电流同样也很大。此时,需要的电压更高,因为要补偿绕线电阻上的电压降。
还可以再进行一次脉冲宽度调制,来消除晶体管切换之间的短暂时间,晶体管切换损耗便宜就需要这种方法。这种调制方法的劣势在于,调制比较复杂,需要在带有补偿的调制和不带补偿的调制之间的瞬时进行。有两种方法可以处理这种瞬时状态,其一是进行变换相位,其二是在负脉冲达到零宽度的时候尽快将频率减少一半。在这种情况下,电机电压UAB将与图1中相同,但是调制起来就更加复杂。如图1所示,因为加入了反向电压矢量,脉冲宽度调制的频率也增加了一倍。