PWM来控制电机转速比通过调电压方式控制转速电机发热大

ackyee · 发表于 2015-10-27 15:52:33

公司设计的一个电动马达控制箱,原先的方案是45v电压通过分立元件搭线性调压的方式来驱动电机.后因为功率芯片发热严重所以现在换用 45V直接通过MOSFET来调PWM来控制电机转速.
现在的问题是,用PWM方式驱动电机, MOS管是凉的,但在同样转速下马达要比调电压方式发热大.
不知道各位怎么处理这个问题的. 加限流电阻么?还是将45v电压先降下来,再用MOSFET驱动

ackyee · 发表于 2015-11-11 15:49:46

本帖最后由 ackyee 于 2015-11-11 15:51 编辑

大侠们,新问题出现了,现在加了电感,跟并了电容后,频率调整为40KhZ 电感和电机都基本不发热
但电机手柄上有个开关键,开关键按下后,MCU 停止PWM 输出. 如果手柄按下的频率接近1hz 或者2hz 左右,那PWM 启停的频率也等于1HZ, 电感又开始发热了. 这个频率不是PWM的频率,而是PWM 启动与停止的频率大侠们求破解之道

电感用的100uh 原先20KHZ的PWM 电感会发热,现在用了40KHZ电感就不发热了

留声而过 · 发表于 2015-10-27 16:49:56

你的电动马达是多少V的？驱动频率是多少HZ？

cqfeiyu · 发表于 2015-10-27 20:20:05

做个可调的降压开关电源不行么?

fuquan_dai · 发表于 2015-10-28 08:57:16

空心杯电机吗？串个电感试试

ackyee · 发表于 2015-10-28 09:18:24

fuquan_dai 发表于 2015-10-28 08:57
空心杯电机吗？串个电感试试

不算空心杯吧, 是类似手持式的大电机

ackyee · 发表于 2015-10-28 09:19:31

留声而过发表于 2015-10-27 16:49
你的电动马达是多少V的？驱动频率是多少HZ？

马达原先直流都工作在40v的, 现在整流后的电压直接压上去 ,估计在48v左右. pwm频率在20K 波形完美

ackyee · 发表于 2015-10-28 09:20:05

cqfeiyu 发表于 2015-10-27 20:20
做个可调的降压开关电源不行么?

哈哈这个方法好,实在不行就用这个了.只是用这个方案电机的紧急制动做不进去了

gyzzg2030 · 发表于 2015-10-28 09:27:57

PWM频率低一点试试

ackyee · 发表于 2015-10-28 11:16:20

gyzzg2030 发表于 2015-10-28 09:27
PWM频率低一点试试

频率降低,会出现电流呼啸的声音 (人耳范围了)

ackyee · 发表于 2015-10-28 11:17:43

下午考虑电机两边并一个电容, 这样工作时候电压就应该会随PWM变化而变化,不会说50V直上直下了. 不过这样会损失电机的既时性

fuquan_dai · 发表于 2015-10-28 19:50:38

ackyee 发表于 2015-10-28 09:18
不算空心杯吧, 是类似手持式的大电机

哪有串电感试试不？空心杯电机的话是要串，不串容易发热

mage99 · 发表于 2015-10-28 20:01:02

pwm电流纹波较大，引起电机发热，2个办法，一个加大pwm频率，一个串电感，一般电感量比较低的电机都会出现，不一定是空心杯

ackyee · 发表于 2015-11-2 00:09:54

mage99 发表于 2015-10-28 20:01
pwm电流纹波较大，引起电机发热，2个办法，一个加大pwm频率，一个串电感，一般电感量比较低的电机都会出现 ...

请问电感选择一般选多少呢? 试了下100UH的工字电感, 电感后端看到的波形比不加时候还要难看

ackyee · 发表于 2015-11-2 00:11:20

mage99 发表于 2015-10-28 20:01
pwm电流纹波较大，引起电机发热，2个办法，一个加大pwm频率，一个串电感，一般电感量比较低的电机都会出现 ...

还有频率越大, 感性元件不是会呈现一定的阻值吗? 那发热不是更大了, 电感这块接触不多,还望多指教

ackyee · 发表于 2015-11-2 09:39:38

本帖最后由 ackyee 于 2015-11-2 09:44 编辑

问题仍未解决

mage99 · 发表于 2015-11-3 13:43:36

ackyee 发表于 2015-11-2 00:11
还有频率越大, 感性元件不是会呈现一定的阻值吗? 那发热不是更大了, 电感这块接触不多,还望多指教 ...

你换个10uh上去44，具体计算我印象中在松下的a4 手册看到过。记不清了。
目前pwm频率在驱动电机这块 mosfet的话，一般提高到100k就是极限了。
igbt管大部分开关频率最大也就20~50k的基本上都是串电感

埃尔默和松下等大厂的ac伺服都是推荐串个电感。

wukongli · 发表于 2015-11-4 11:15:22

串个电感，再并个电容

wiser803 · 发表于 2015-11-4 12:48:02

lz是上管pwm下管能耗制动方式么？如是，功率管输出端可以串电感并电容（即加lc滤波），最主要是电感要大一点，使电机电流呈三角波即可。

ackyee · 发表于 2015-11-4 13:46:32

wiser803 发表于 2015-11-4 12:48
lz是上管pwm下管能耗制动方式么？如是，功率管输出端可以串电感并电容（即加lc滤波），最主要是电感要大一 ...

之前尝试过直接并了个电容,结果二极管冒烟了.非常诡异.
不知道串电感加电容效果怎么样,100uh的电感够大了吗还有极性电容是否可以

ackyee · 发表于 2015-11-4 16:03:22

wukongli 发表于 2015-11-4 11:15
串个电感，再并个电容

串了电感跟大电容输出变直流了,但随之而来的是电感的发热
pwm频率为20K 电压在45V左右
电感用的工字电感 100UH 的电容50v 2200uf

ackyee · 发表于 2015-11-4 16:06:08

wiser803 发表于 2015-11-4 12:48
lz是上管pwm下管能耗制动方式么？如是，功率管输出端可以串电感并电容（即加lc滤波），最主要是电感要大一 ...

串了电感跟大电容  输出变直流了,但随之而来的是  电感的发热
pwm频率为20K 电压在45V左右
电感用的工字电感 100UH 的    电容50v 2200uf

下管是起制动用的
但MOS驱动IC 用的IR2104  必须上下导管交替工作来使电荷崩工作.

wiser803 · 发表于 2015-11-4 16:29:18

ackyee 发表于 2015-11-4 13:46
之前尝试过直接并了个电容,结果二极管冒烟了.非常诡异.
不知道串电感加电容效果怎么样,100uh的电感够大了 ...

20khz用100uh明显偏小，估计要mh级别的。可以按占空比时间宽度计算一下，电流斜波（充放）高度，再选个合适的。

RudeBoy · 发表于 2015-11-4 16:35:58

没试试加大PWM频率吗？

ackyee · 发表于 2015-11-4 16:39:51

RudeBoy 发表于 2015-11-4 16:35
没试试加大PWM频率吗？

没加电容跟电感情况下频率改到40KHZ 发热问题依旧
加电感跟电容情况还没尝试

ackyee · 发表于 2015-11-4 16:42:22

wiser803 发表于 2015-11-4 16:29
20khz用100uh明显偏小，估计要mh级别的。可以按占空比时间宽度计算一下，电流斜波（充放）高度，再选个合 ...

前辈这块不太熟悉,不知道这个计算应该根据哪些参数来算的
现在用粗的漆包线绕了一个电感, 电流走20A没问题, 量出来在 40UH左右, 接上测试,暂时是温温的, 不过也可能跟漆包线比较粗铜发热慢有关

RudeBoy · 发表于 2015-11-4 16:42:47

ackyee 发表于 2015-11-4 16:39
没加电容跟电感情况下频率改到40KHZ 发热问题依旧
加电感跟电容情况还没尝试 ...

什么样子的电机啊

xiaohuzi · 发表于 2015-11-4 16:44:34

串电感、并电容可以按Buck电路来理解？尝试按其公式算一下？

二极管要换成快恢复的。

wiser803 · 发表于 2015-11-4 16:49:16

ackyee 发表于 2015-11-4 16:06
串了电感跟大电容输出变直流了,但随之而来的是电感的发热
pwm频率为20K 电压在45V左右
电感用 ...

你这个电路不是桥式电路，而是单边电源pwm控制加下边管制动模式。所以，工作方式不能用21xx系列按上下桥方式驱动的，否则是边驱动变制动（一个pwm周期内）会导致电机电流增大发热。
合理方式还是上管pwm驱动，下管在制动时单独加信号（这时上管无pwm)为妥。

ackyee · 发表于 2015-11-4 16:55:07

wiser803 发表于 2015-11-4 16:49
你这个电路不是桥式电路，而是单边电源pwm控制加下边管制动模式。所以，工作方式不能用21xx系列按上下桥 ...

如果按前辈您说的这样, 在一个驱动周期内上桥臂导通,下桥臂断路, 然后制动的时候下桥臂导通上桥臂断路.
那想达到这个效果 IR2401肯定是不行了. 不知道前辈有没有其他的驱动芯片可以推荐下的

上桥臂导通时 VGS 的VS不可事先预测,只能用驱动芯片来抬高上桥臂的VG端了

ackyee · 发表于 2015-11-4 16:56:07

wiser803 发表于 2015-11-4 16:49
你这个电路不是桥式电路，而是单边电源pwm控制加下边管制动模式。所以，工作方式不能用21xx系列按上下桥 ...

那串电感+电容后的电感发热,是否也可以理解为一个周期内驱动跟制动同时作用的结果

ackyee · 发表于 2015-11-4 16:59:30

本帖最后由 ackyee 于 2015-11-4 17:01 编辑

wiser803 发表于 2015-11-4 16:49
你这个电路不是桥式电路，而是单边电源pwm控制加下边管制动模式。所以，工作方式不能用21xx系列按上下桥 ...

如果在ir2104前提下串电感加电容确实可以让电机发热减小很多.但不知道这样的做法对系统稳定性是否有影响.
如果电感选型OK的情况下,不知道这样做行不行

wiser803 · 发表于 2015-11-4 17:00:49

是呵，估计问题就出在你的驱动模式上，与而与频率和电感关系不大了。

ackyee · 发表于 2015-11-4 17:02:18

wiser803 发表于 2015-11-4 17:00
是呵，估计问题就出在你的驱动模式上，与而与频率和电感关系不大了。

是的. 以前都是用现成的H桥芯片,现在自己搭才发现 ir2104工作方式是这样的
但很奇怪电机驱动电路大部分人又都用ir2104来搭建

ackyee · 发表于 2015-11-4 17:03:02

wiser803 发表于 2015-11-4 17:00
是呵，估计问题就出在你的驱动模式上，与而与频率和电感关系不大了。

电压低可能还行,电压高.就出现我这样发热的问题了

wiser803 · 发表于 2015-11-4 17:06:51

你只要改上管单独pwm驱动正转，下管降速时pwm制动（可能要串电阻）。

wiser803 · 发表于 2015-11-4 17:15:35

ackyee 发表于 2015-11-4 17:02
是的. 以前都是用现成的H桥芯片,现在自己搭才发现 ir2104工作方式是这样的
但很奇怪电机驱动电路大部分 ...

h桥是可以用21xx驱动的，因为你这个控制电路是单管控制方式，不是桥路控制方式，所以不能用上述器件同时控制上管和下管。
你要把上下驱动分开，来控制两个相反的过程就可以了。

wiser803 · 发表于 2015-11-4 17:27:07

ackyee 发表于 2015-11-4 16:55
如果按前辈您说的这样, 在一个驱动周期内上桥臂导通,下桥臂断路, 然后制动的时候下桥臂导通上桥臂断路 ...

也可以用intesil公司的msfet驱动（大概15v电源）很小的封装，其实和ir公司的性能差不多，只是妥它是两个单驱动，逻辑上没有联系。型号忘了，上公司网查一下，肯定有。

xiaohuzi · 发表于 2015-11-4 17:39:51

才想起来，这是个直流有刷马达？
不需要正反转的话，正常的调速电路是MOS串在负极和地。

按Buck思路的话，用PMOS + D+ L + C，再串在正极。

ackyee · 发表于 2015-11-4 20:09:18

xiaohuzi 发表于 2015-11-4 17:39
才想起来，这是个直流有刷马达？
不需要正反转的话，正常的调速电路是MOS串在负极和地。

因为马达外部有个开关导通时要接地系统才能工作,所以马达的接线端负极要一直连接GND端,如果MOS接在马达负端,控制信号就无法传入系统令系统正常工作了. 这个在之前描述中忘记说了

ackyee · 发表于 2015-11-4 20:11:33

xiaohuzi 发表于 2015-11-4 17:39
才想起来，这是个直流有刷马达？
不需要正反转的话，正常的调速电路是MOS串在负极和地。

原本系统可以上调频单个MOS完成的,但因为ir2104的工作需要输出上下交替才能正常工作,故才在系统中加入两片MOS
不过貌似电机发热也是两片MOS引起的

xiaohuzi · 发表于 2015-11-5 15:59:13

ackyee 发表于 2015-11-4 20:09
因为马达外部有个开关导通时要接地系统才能工作,所以马达的接线端负极要一直连接GND端,如果MOS接在马达 ...

发热的原因很清楚了：驱动的时候，PWM有效的时候驱动，无效时却由下管制动。

如果不能用NMOS对地，那么，上管必须用PMOS，单独驱动，制动用的下管是NMOS，也单独驱动。

s15200380596 · 发表于 2015-11-5 18:31:50

12楼说的对。增加PWM开关频率或者串电感

ackyee · 发表于 2015-11-5 23:09:00

s15200380596 发表于 2015-11-5 18:31
12楼说的对。增加PWM开关频率或者串电感

最后串了个100uh的电感然后并了个2000uf的电容当开关电使了不知道这样有没有问题

ackyee · 发表于 2015-11-5 23:10:35

xiaohuzi 发表于 2015-11-5 15:59
发热的原因很清楚了：驱动的时候，PWM有效的时候驱动，无效时却由下管制动。

如果不能用NMOS对地，那么 ...

恩恩问题确实是这个问题,不过有点不明白 ir2104是专门用来驱动电机的,那如果是这样不是每一个用这个芯片的电机都会发热了
还有如果这个设计输出串一个电感加一个电容,直接当BUCK电路使不知道有没有问题

ackyee · 发表于 2015-11-11 15:53:22

s15200380596 发表于 2015-11-5 18:31
12楼说的对。增加PWM开关频率或者串电感

原先问题解决了加了电感跟电容,然后频率改到40K了, 发热问题解决
但现在新的问题来了, 手柄控制启动停止频率如果接近1HZ 那电感又开始发热了 ,不知道该怎么破解

ackyee · 发表于 2015-11-11 15:53:42

wiser803 发表于 2015-11-4 17:27
也可以用intesil公司的msfet驱动（大概15v电源）很小的封装，其实和ir公司的性能差不多，只是妥它是两个 ...

原先问题解决了加了电感跟电容,然后频率改到40K了, 发热问题解决
但现在新的问题来了, 手柄控制启动停止频率如果接近1HZ 那电感又开始发热了 ,不知道该怎么破解

witlong · 发表于 2015-11-11 16:24:10

可以调整一下驱动方式，用H桥，或单管驱动。

zhiyiyunmeng@ · 发表于 2015-11-11 16:24:53

ackyee 发表于 2015-11-11 15:53
原先问题解决了加了电感跟电容,然后频率改到40K了, 发热问题解决
但现在新的问题来了, 手柄控制启动停 ...

还是搞个PWM调压的直流电源吧

witlong · 发表于 2015-11-11 16:41:08

仔细看了下，要用H桥。
刹车时，将两上管截止，两下管导通即可。不用电感，也不用二极管。
做程序时，出多一IO口来控制刹车。

ackyee · 发表于 2015-11-11 16:43:41

witlong 发表于 2015-11-11 16:41
仔细看了下，要用H桥。
刹车时，将两上管截止，两下管导通即可。不用电感，也不用二极管。
做程序时，出多 ...

做H桥的话上管要换成NMOS了
如果是PMOS的话需要抬高G电压,那就又绕回到我的老问题了

ackyee · 发表于 2015-11-11 16:44:46

zhiyiyunmeng@ 发表于 2015-11-11 16:24
还是搞个PWM调压的直流电源吧

现在相当于一个粗型的PWM 调压电源了

ackyee · 发表于 2015-11-11 16:45:42

witlong 发表于 2015-11-11 16:41
仔细看了下，要用H桥。
刹车时，将两上管截止，两下管导通即可。不用电感，也不用二极管。
做程序时，出多 ...

还有我这个电机不需要反转所以理论上只要半桥就可以了

witlong · 发表于 2015-11-11 16:45:44

就用IRF540或IRF640。

ackyee · 发表于 2015-11-11 16:47:55

witlong 发表于 2015-11-11 16:45
就用IRF540或IRF640。

对了我电源上管电压是 45V  那该如何保障VGS在 10-20v之间呢
如果单存用下拉到低  那VGS过大会烧了 MOSFET
如果用分压电阻的话上管45V 电机一转动起来  肯定会降下来

witlong · 发表于 2015-11-11 16:59:05

你现用什么驱动场管？

大哥年 · 发表于 2015-11-18 14:01:33

ackyee 发表于 2015-11-11 16:47
对了我电源上管电压是 45V 那该如何保障VGS在 10-20v之间呢
如果单存用下拉到低那VGS过大会烧了 MOS ...

LZ是接的有刷电机？给个无刷驱动给你参考下或许可以用！我记得以前我见过驱动有刷的可以用上面那个电路下桥驱动的，上面接电机一端另一端电源的！

pangbin4 · 发表于 2015-11-18 21:27:53

学习了！谢谢

PWM来控制电机转速比通过调电压方式控制转速电机发热大

阿莫论坛20周年了！感谢大家的支持与爱护！！

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