我有一个 12V 直流电机,转速为 60 RPM 或 1 Hz。我是否需要一个与频率匹配的 PWM 才能使其工作?我见过的大多数 12V 20A 电机的频率约为 25 kHz。
有没有办法告诉我需要 PWM 的频率是多少?
不,您不会将每秒旋转数与 PWM 频率相匹配。它需要更高。您希望它足够高,以便电机平稳运行(电机惯性平滑运动,电机电感有助于平滑电流),但不要太高,电子设备中的开关损耗过多。通常至少 8-10kHz,但如果可听噪声是一个问题,您可能需要 >20kHz。在它变成完全“错误”的频率之前,你有相当多的余地。
您希望电机电感在 PWM 周期内产生相当低的电流纹波。这是一位驱动器制造商的经验法则:
这个公式会产生相当多的纹波,大约 40% 的峰值峰值和 D = 50%,因此可能需要更高的频率,特别是如果电机将以低占空比运行。
在任何情况下,最佳 PWM 频率因此可能取决于电机设计(为了实现开关效率和低成本,您不希望 PWM 频率高于所需频率。不必要的高 PWM 频率会导致电机过度损耗,因为另一方面,如果频率太低,则驱动器和电机的 RMS 电流会过大,会导致大量的驱动器损耗(以及电机和接线中的铜损)。如果频率是可听见的,或者如果它激发了可听见的振动模式,则可能是像烦人的呜呜声一样的声学效果,并且在非常低的频率下,扭矩波动甚至可能令人反感。
例如,电感非常低的薄饼电机可能需要一个外部串联电感,以便能够使用合理的 PWM 频率。
尽管有经验法则等,但您可能必须测试电机和驱动器才能对效率进行良好估计。正如我认为您所描述的那样,20KHz-25kHz 可能是带有齿轮头的传统有刷直流电机的合理起点。
选择的频率取决于应用的滤波器(例如 RC 滤波器)。您的直流电机可能不需要任何滤波器,因为只要 pwm 频率足够高(一些 kHz 就足够了),它的惯性就可以达到这个目的。电机最终会产生一些不良噪音,在这种情况下,您可能需要添加一个电容器进行平滑处理。
您提到的那些 25 kHz 可能依赖于 PC 粉丝的英特尔标准。但请注意:25kHz 与任何形式的 rpm 都不成正比。使用 PWM 进行调光时,占空比决定了电机的功耗。如果要控制实际转速,则需要实现一个控制回路。除非您不使用上面提到的 4 针 pc 风扇之一,否则仅使用 PWM 设置 rpm 是不可能的。
Shepro 的回答显示了一种估算下限的方法. 我想补充一点,上限通常取决于您的死区时间,这会引入死区时间失真 (DTD)。有几个方面起作用,包括调节误差(通常会被补偿)、谐波(有时必须被滤除)和增加的 MOSFET 功耗(在死区时间,电机电流流过具有比完全打开的 MOSFET 高得多的电压降)。
根据经验,您希望 PWM 周期比死区时间大 50 倍左右,因此在一个 PWM 周期内出现两次的死区时间只占 4% 的时间。然后,仅当您需要良好的精度时才需要对死区时间补偿进行编程,并且非常简单的补偿方法(例如在占空比中添加恒定偏移量)就足够了。
已经提到了可听范围。通常你想要高于可听频率,以避免噪音。通常,16kHz 以上的噪声被认为足够微弱,以至于大多数人无法区分它,尤其是在电机运行的正常机械噪声之后。