谈谈伺服PWM驱动系统中低通功率滤波电路优化设计

伺服系统是控制系统的重要组成部分。其中，PWM功率放大器是通过低通功率滤波电路连接直流力矩电动机，该滤波电路的性能对整个系统能否正常工作起着非常关键的作用。基于某伺服PWM驱动系统，使用Excel宏编写的功率设计软件，分析并构建了相应的巴特沃斯分割电感低通功率滤波电路，通过使用MulTIsim电路仿真软件的方式分析和验证了该优化设计的有效性与可行性。
关键词：PWM；SA03；低通功率滤波电路；功率设计软件；MuITIsim

    某伺服系统根据其应用需求，采用SA03作为功率放大器。要求其在0～10 V的控制信号作用下，能够驱动25 V，20 A的直流电动机负载。因此滤波电路的稳定与效率对伺服系统的性能有着直接影响。SA03是高度集成的PWM功率放大器件，若作为PWM驱动系统必须设计相应的滤波电路。滤波电路的优化设计要充分考虑到SA03的技术特点和该伺服系统的应用环境。
1 PWM系统的拓扑结构

    如图1所示，PWM(脉冲宽度调制)放大器是一个复杂的系统，系统的核心是高度非线性调制和解调，它包含了极点和零点以及高次谐波和次谐波选择的问题。低通功率滤波电路在系统中主要起两个作用。
    (1)对PWM输出信号进行调制，首先PWM模块将输入信号转换成对时间进行调制而幅度等于电源电压的脉冲信号，PWM模块内的全桥放大器一般都利用反相锁存调制，当一个输出为高，另一个输出总是低。假如50％占空比，则意味着开关频率的每个周期内高和低的时间相等，脉冲信号必须通过低通功率滤波电路解调后，才能到达负载端其信号值为零。
    (2)低通功率滤波电路抑制通过时间调制的方波载波信号，在滤波电路的输出端上可以得到远低于PWM开关频率的负载载波信号，事实上占空比不断变化的PWM信号参杂了很多高频毛刺成分，会严重干扰反馈电路的参数，同时过高的载波频率可能会损坏负载本身。