选择pwm频率进行直流电动机速度控制的标准？

我正在研究有刷直流电动机（24v，500rpm，2A，4kgcm）的速度控制电路。

我打算使用的主要组件是PIC16f873、4n25光耦合器，IRFZ44N MOSFET，BY 500-800二极管（用于续流）。

• 选择PWM频率的标准是什么？
• 很高和很低的PWM频率对系统有什么影响？
• 这里提供的硬件有哪些缺点和改进之处？

驱动电动机时，PWM频率会影响几个问题：

1. 脉冲必须足够快，以使电动机的机械系统将其平均化。通常，几十赫兹到几百赫兹就足够了。这很少是限制因素。

2. 在某些情况下，重要的一点是，在PWM频率下不能听到抱怨声。即使机械系统整体上不对单个脉冲做出反应，线圈的单个绕组也可以。电动机利用磁力作用，线圈中的每条导线环都布置成产生这些力。这意味着至少在部分时间中，绕组中的每一根导线都有与电流成比例的横向力。绕组中的导线不能移动太远，但仍然可以振动得足以听见结果。在所有其他方面，1 kHz PWM频率可能都不错，但是如果将其用于终端用户设备，那么以该频率进行抱怨可能是不可接受的。因此，用于最终用户电机控制的PWM通常以25 kHz的频率完成，仅超出大多数人能听到的范围。

3. 平均线圈电流。这可能是一个棘手的问题。电动机的各个线圈看起来对驱动电路几乎是感应的。您希望通过线圈的电流大部分与PWM施加的平均值相符，而不希望每个脉冲基本上上下波动。

   每个线圈将具有一定的电阻，这会导致损耗功率与流经它的电流的平方成正比。当脉冲上的电流发生较大变化时，在相同的平均电流下，损耗会更高。考虑一个极端的例子，即线圈几乎立即对脉冲电压做出反应，并且以50％方波来驱动它。电阻损耗将始终是驱动线圈满载的1/2，平均电流（因此产生的电动机转矩）也将是满载线圈的1/2。但是，如果使用稳定的1/2电流而不是脉冲来驱动线圈，则电阻损耗将为全开的1/4，但满量程电流的1/2相同，因此转矩也相同。

   考虑这一点的另一种方法是，您不希望在平均DC电平之上有大量的AC电流。交流电流无助于电机运动，只有平均值能使电机运动。因此，AC分量仅在线圈和其他位置引起电阻损耗。

4. 开关损耗。理想的开关完全打开或完全关闭，这意味着它永远不会消耗任何功率。实际的开关不会立即进行切换，因此会在过渡区域中花费一定的时间，在过渡区域中会消耗大量功率。驱动电子设备的部分工作是使过渡时间最小化。但是，无论您做什么，每个边沿都会有一些时间不理想。该时间通常是每个边沿固定的，因此其在整个PWM周期中所占的比例随频率而增加。例如，如果开关在每个脉冲的过渡上总共花费1 µs，则在25 kHz PWM频率（即40 µs周期）下，过渡时间为总数的1/40。那可能是可以接受的。但是，如果将开关频率提高到100 kHz，这意味着10 µs的周期，那么过渡时间将是10％。那可能会引起问题。

至于您的电路，我最大的担心是Q1的驱动速度如何。众所周知，光隔离器的速度很慢（相对于大多数其他组件，例如单个晶体管），尤其是在关闭时。您只有R2（尽管我可以读取其值）在FET栅极上下拉以将其关闭。那会很慢。考虑到我上面提到的所有其他权衡因素，如果您可以忍受较慢的PWM频率，那可能就可以了。

您可以考虑将PIC放在光电二极管的电机侧。您可以通过UART接口或不需要以PWM频率运行的PIC与该PIC进行数字通信。然后，该PIC会在本地生成适当的PWM，并使用额外的电路为此目的硬开和关断Q1。这样，高速信号和快速边沿就不会穿过光电隔离器。

我会推荐这样的光电隔离栅极驱动器：https : //www.fairchildsemi.com/datasheets/FO/FOD3182.pdf 我在D类放大器中使用了类似的东西，开关频率约为200kHz。

同样，要评论绕组电阻，电动机中的电流将继续通过二极管滚动，并且在导通时它将以指数方式上升，并在exp时上升。关断时会衰减，因此绕组中的热量不会那么差。