那么，哪種 PWM 技術最適合您的電機控制應用?到目前為止，我們已經(jīng)研究了三種不同的 PWM 技術。有些可以將能量再生回直流電源，有些則不能。但它們都有一個共同特征：單極電壓波形。換句話說，對于任何給定的 PWM 周期，電機電壓波形在 Vbus 和地之間或 –Vbus 和地之間轉換。在這篇文章中，我們將研究雙極PWM 技術的主張。對于每個 PWM 周期，電機電壓波形在 Vbus 和 –Vbus 之間轉換，產(chǎn)生的電機電壓波形幅度是單極 PWM 的兩倍。為此，我們將連接 H 橋。

我們不再有正向/反向信號的事實怎么樣。對于雙極性 PWM，正向和反向信息編碼在 PWM 信號本身中。假設沒有負載，占空比超過 50% 的 PWM 值會導致正向運動，占空比低于 50% 的值會導致反向運動。對于那里的機械工程師來說，這在電氣上相當于靜液壓無級變速器 (CVT)。有了這樣的系統(tǒng)，您就沒有單獨的前進檔和倒檔。您只需移動搖桿即可同時控制速度和方向，中間位置對應零速。

雙極 PWM 技術本質上是一種四象限技術。只要施加的平均電機電壓與電機的反電動勢電壓具有相同的極性，并且幅度大于反電動勢，則電機將以電動模式運行。您可以單擊此處觀看使用雙極 PWM 的象限 1 運行模擬。但是，如果施加的平均電機電壓與反電動勢的極性相同，但其幅值小于反電動勢，則電機將以發(fā)電模式運行。您可以單擊此處觀看雙極 PWM 的象限 4 運行模擬。

雙極 PWM 技術的另一個優(yōu)點是它只需要來自處理器的一個 PWM 信號(如果死區(qū)時間是在 PWM 模塊本身內(nèi)生成的，則需要兩個)。假設死區(qū)時間由 FET 柵極驅動器在外部提供，這意味著在具有六個獨立 PWM 的處理器上可以使用雙極 PWM 驅動多達六個直流電機!

但也許雙極 PWM 的最大優(yōu)勢在于，無論 PWM 信號處于何種狀態(tài)，電機電流始終流過單個分流電阻器。因此，既然我們可以持續(xù)查看電機電流，那么問題就變成了，“什么時候采樣電流波形?雖然我打算在以后的文章中更詳細地處理電流采樣，但讓我在這里簡要介紹一下。在大多數(shù)情況下，您希望獲得平均值電機電流作為時間的函數(shù)。但問題是電流波形上對應于平均電流值的點將出現(xiàn)在 PWM 周期內(nèi)的不同時間，具體取決于占空比是多少。因此，我們要么必須使用定時器在 PWM 波形內(nèi)的不同時間觸發(fā) ADC，具體取決于命令的占空比，要么……

我們可以使用中心對齊的PWM。在大多數(shù)情況下，我們選擇使用中心對齊的 PWM，因為兩個獨立的 PWM 信號之間存在諧波相互作用。但在這種情況下，我們只有一個 PWM 信號。那么為什么使用中心對齊的 PWM 有幫助呢?在這種情況下，它是如何中心對齊的 PWM 在 PWM 模塊中創(chuàng)建，在應用于雙極 PWM 時具有獨特的優(yōu)勢。參考下圖，可以使用三角計數(shù)器波形生成中心對齊的 PWM，其中計數(shù)器向上計數(shù)到最大模值，然后翻轉并向下計數(shù)到最小模值，依此類推。隨著調(diào)制電壓的變化，PWM 脈沖寬度也發(fā)生變化，使得載波波峰和波谷分別出現(xiàn)在低脈沖寬度和高脈沖寬度的中心。如果我們忽略死區(qū)時間引起的任何延遲，我們會看到電流的平均值也在載波到達峰值或谷值時出現(xiàn)!很整潔吧?在我們的 C2000 處理器上使用的 PWM 模塊上，ADC 觸發(fā)器可以在計數(shù)器峰值和谷值處生成，然后可用于在電流波形等于其平均值時對電流進行采樣。事實上，使用雙極 PWM，您有兩次機會在一個 PWM 周期內(nèi)對電機電流進行采樣，這使您可以根據(jù)需要以兩倍于 PWM 的頻率運行數(shù)字電流環(huán)路。

重建電機電流波形時出現(xiàn)的另一個問題是，對于非常窄的脈沖寬度，分流信號僅在非常短的時間內(nèi)反映電機電流，并且可能太短而無法獲得可靠的讀數(shù)。但是，對于雙極性 PWM，如果其中一個 PWM 狀態(tài)的脈沖寬度太短，您可以簡單地切換到另一個 PWM 狀態(tài)，其中分流信號會相應地變長!因此，您始終可以保證在每個 PWM 周期內(nèi)至少有一個間隔(無論占空比值如何)，其中分流信號寬度足夠寬，可以輕松方便地準確讀取電機電流。

然而，雙極 PWM 技術確實存在一個值得注意的缺點：與單極 PWM 技術相比，電機電壓波形包含更多的諧波成分。下圖比較了單極性和雙極性 PWM 電壓波形(減去直流分量)的歸一化 RMS 內(nèi)容，作為從 -1 到 +1 掃描 PWM 占空比的函數(shù)。這些額外的諧波不僅會導致更高的電流紋波，還會導致電機額外發(fā)熱。這就是為什么雙極 PWM 技術通常僅限于具有高電氣時間常數(shù)的電機，可以更好地濾除這些諧波。如果電機的電氣時間常數(shù)不高，則必須經(jīng)常提高 PWM 頻率以減少電流紋波。然而，這會增加 H 橋中的開關損耗，

然而，在某些應用中，即使是這種缺點也可以轉化為優(yōu)于單極 PWM 的優(yōu)點。有時您需要非?？焖俚卣{(diào)整電機電流(例如步進電機上的高頻微步)。事實上，某些應用會在電流波形上需要快速轉換電流的特定點從單極 PWM 過渡到雙極 PWM。

可在此處找到 VisSim 仿真，該仿真比較了以相同負載運行的相同電機上的單極和雙極 PWM 。我鼓勵你玩這個模擬，看看你是否可以憑經(jīng)驗驗證上圖。在我們的下一篇文章中，我們將探索另一種單極 PWM 技術，該技術實際上可以使電機看到的 PWM 頻率加倍，同時仍以常規(guī) PWM 頻率切換晶體管。它還提供了一個了解標準三相正弦 PWM 工作原理的跳板。