DCモーターの速度制御用にpwm周波数を選択するための基準は？

ブラシ付きDCモーター（24v、500rpm、2A、4kgcm）の速度制御回路に取り組んでいます。

使用する予定の主なコンポーネントは、PIC16f873、4n25フォトカプラ、IRFZ44N MOSFET、BY 500-800ダイオード（フリーホイール用）です。

• PWM周波数を選択する背後にある基準は何ですか？
• システムでの非常に高いおよび非常に低いPWM周波数の影響は何ですか？
• ここで提供されるハードウェアで行われる欠点と改善点は何ですか？

モーターを駆動するときのPWM周波数によって影響を受けるいくつかの問題があります。

1. パルスは、モーターの機械システムがそれらを平均化するのに十分な速さで到達する必要があります。通常、これには数十Hzから数100 Hzで十分です。これが制限要因になることはめったにありません。

2. 場合によっては、PWM周波数で泣き声が聞こえないことが重要です。機械システム全体が単一のパルスに反応しない場合でも、コイルの個々の巻線はできます。電気モーターは磁力で動作し、コイル内のワイヤのすべてのループがこれらの力を生成するように配置されています。つまり、巻線内のワイヤのすべてのビットは、少なくとも一部の時間、電流に比例した横方向の力を持っています。巻線のワイヤは遠くまで移動することはできませんが、結果が聞こえるように十分に振動することができます。1 kHzのPWM周波数は他のすべての点で問題ない場合がありますが、これがエンドユーザーデバイスに適用される場合、その周波数での振動は許容できない場合があります。このため、最終消費者のモーター制御用のPWMは25 kHzで行われることが多く、ほとんどの人が聞くことができる範囲を少し超えています。

3. 平均コイル電流。これは注意が必要な問題です。モーターの個々のコイルは、駆動回路に対してほとんど誘導性に見えます。コイルを流れる電流は、PWMによって適用される平均からほとんど期待されるものであり、各パルスで実質的に上下しないようにする必要があります。

   各コイルには有限の抵抗があり、電流の2乗に比例して電力が失われます。パルス全体で電流に大きな変化がある場合、損失は同じ平均電流で高くなります。コイルがパルス電圧にほぼ瞬時に反応し、50％の方形波で駆動している極端な例を考えてみましょう。抵抗消費は、コイルを常にフル駆動するの1/2で、平均電流（したがって、結果として生じるモータートルク）もフルオンの1/2になります。ただし、パルスではなく安定した1/2電流でコイルを駆動すると、抵抗損失はフルオンの1/4になりますが、フルスケール電流とトルクの同じ1/2になります。

   これについて考えるもう1つの方法は、平均DCレベルの上に大きなAC電流が流れないようにすることです。AC電流はモーターを動かすために何もしません。平均を動かすだけです。したがって、ACコンポーネントは、コイルおよびその他の場所でのみ抵抗損失を引き起こします。

4. スイッチング損失。理想的なスイッチは、完全にオンまたは完全にオフのいずれかです。つまり、電力が消費されることはありません。実際のスイッチは瞬時に切り替わるわけではないため、かなりの電力を消費する遷移領域で一定の時間を費やします。ドライブエレクトロニクスの仕事の一部は、この移行時間を最小限にすることです。ただし、何をしても、スイッチが理想的ではないエッジごとに時間がかかります。この時間は通常、エッジごとに固定されているため、合計PWM周期の割合は周波数とともに増加します。たとえば、スイッチが各パルスの遷移に合計1 µsを費やす場合、25 kHzのPWM周波数（40 µs周期）では、遷移時間は合計の1/40です。それは受け入れられるかもしれません。ただし、スイッチング周波数が100 kHzに増加した場合、つまり10μs周期になると、移行時間は10％になります。それはおそらく問題を引き起こすでしょう。

あなたのサーキットに関して、私の最大の懸念はQ1がどれだけゆっくりと駆動されるかです。光遮断器は、特にオフになっている場合、（個々のトランジスタのような他のほとんどのコンポーネントに比べて）有名です。FETゲートをプルダウンしてオフにするのはR2のみです（その値は読み取れますが）。それは遅くなるだろう。上記で説明した他のすべてのトレードオフを考慮して、低速PWM周波数を許容できる場合は、問題ないかもしれません。

あなたは、光のモーター側にPICを置くことを検討するかもしれません。UARTインターフェイスまたはPWM周波数で実行する必要のないものを介して、そのPICとデジタル通信できます。そのPICは適切なPWMをローカルで生成し、その目的のために追加の回路でQ1をハードオンおよびオフに駆動します。そのようにして、高速信号と高速エッジは光アイソレータを通過しません。

このような光絶縁ゲートドライバをお勧めします。https： //www.fairchildsemi.com/datasheets/FO/FOD3182.pdf〜200kHzの スイッチング周波数でこのようなものをクラスDアンプで使用しました。

また、巻線抵抗についてコメントするために、モーターの電流はダイオードを通過し続け、スイッチを入れると指数関数的に上昇します。スイッチを切ると減衰するため、巻線の熱はそれほど悪くなりません。