直流小功率電機驅動電路設計

簡介

直流小功率電機廣泛適用於家電、工控、計算機等諸多設備，直流電機的種類也非常多，通常可以分為有刷和無刷兩大類。電機的驅動器件和驅動電路也非常成熟和多樣。本文主要以常見的幾種驅動方式和器件為例，重點闡述了各種驅動電路設計的重點和要點。

1直流有刷電機驅動器

1.1 採用DRV8800集成驅動電路圖如圖1所示：

圖1：DRV8800電機驅動電路

DRV8800為全橋有刷直流電機驅動器，具有低壓保護、過流保護、電機引線對電源短路保護、電機引線對地短路保護等功能，並支持同步整流方式。電機的轉向控制通過PHASE引腳進行。

在實際運用中，圖中D1器件PMF12CA是進行反電動勢的瀉放。本電路對電機的速度控制並非傳統的PWM的佔空比控制，而是通過對ENABLE引腳的控制得到有效轉速。ENABLE引腳置低後，電機進入剎車模式，這樣做的好處是提高了電機的制動性能，可以使電機快速制動，提高控制精度。其控制邏輯真值表如表一所示。

表1：DRV8800控制邏輯表

1.2有刷電機H橋驅動電路如圖2所示

圖2：有刷電機H橋驅動電路

在分立電路中，有刷直流電機轉向切換必須通過H橋電路，通過改變流入電機的電流方向從而改變電機轉向；電機的轉速調節通過調節PWM的佔空比實現，並要注意防止上下管直通。

注意：

1）電路圖中1N4148的作用是在高速狀態加快柵極驅動的關斷速度；

2）確保MOS管在未驅動的狀態下保持關閉。

3）自舉升壓電容的選擇根據PWM的頻率來決定，一般為1UF，2.2UF。

4）MIC4605具有防止直通，內置死區的功能。

2直流無刷電機驅動器

2.1高速單相直流無刷電機原理圖（hall方式）

由於FD2503驅動器的特性以及實際的工作需求，FD2503隻需一路輸入便可以產生兩路輸出。時序圖如下：

設計要點和注意事項

1)圖中1N4148的作用是在高速狀態加快柵極驅動的關斷速度；

2)1N5819防止自舉升壓對12V電源的產生影響。

3)高速電機工作峰值電流最大達60A，一般採樣電阻難以承受，故電流採樣採用康銅絲進行。

4)由於高速單相無刷直流電機最高速的可達10萬RPM，故會產生很大的反電動勢，故使用兩顆1000uf的電容對反電動勢進行吸收。並注意電容耐壓值，一般需留出2倍餘量。

5)大電容的容值選擇由根據實際情況確定，並非越大越好。

6)功率地要加隔離。

7)確保MOS管在未驅動的狀態下保持關閉。

8)雖然通過HALL傳感器可以獲得電機的位置信息，但是在啟動時仍需通過強制啟動的方式啟動電機，啟動成功後再切換到HALL方式。

電源部分注意事項：

1）由於高速電機反電動勢過大，所以電源電壓進入穩壓前進行隔離，減少幹擾。

2）對電機母線電壓與電源電壓通過MOS管進行隔離，也是為了防止反電動勢的影響。

3）調試中發現，若不進行隔離措施，HALL信號將會出現很大幹擾，造成位置信息判斷不準，電機運行異常。

4）注意電容耐壓值，由於反電動勢的存在，一般需要留出3倍餘量。

Hall信號檢測部分注意事項：

1）高速電機的換相信息通過Hall傳感器提供。

2）Hall的電源與信號要遠離大電流部分，防止受到幹擾，影響電機運行。

3）Hall信號穩定性與準確性，關係電機運行電流大小與穩定性，影響電機運行最終速度。

2.2直流無刷電機（三相）

設計注意事項：

1）由於反電動勢，電源電壓在穩壓之前必須進行隔離，以保證後級電壓的穩定性。

2）母線電壓需要添加大電解電容，用來吸收電機的反電動勢。功率地要加隔離。

3）注意電容耐壓值，由於反電動勢的存在，一般需要留出3倍餘量。

驅動橋注意事項：

1）圖中1N4148的作用是在高速狀態加快柵極驅動的關斷速度；

2）1N5819防止自舉升壓對9V電源的產生影響。

3）驅動的輸入下拉到地，確保MOS管在未驅動的狀態下保持關閉。

4）設置PWM的死區，防止上下臂直通。

5）自舉升壓保證上臂的有效打開。

6）驅動方式上可分為上臂PWM下臂常開和同步整流方式，其中同步整流方式通過改變續流路徑，發熱小，響應快。

7）自舉升壓電容的選擇根據PWM的頻率來決定，一般為1UF，2.2UF。

設計注意事項：

1）無感驅動無刷直流電機需要反電動勢檢測電路監測電機反電動勢，並通過判斷的到電機的位置信息。電機需先要運行到一定速度才可檢測出反電動勢信息。

2）本電路提供虛擬出三相電機中點並對三相相電壓進行縮放，使獲得的過零點信息與實際相一致。

3）分壓網絡電阻選擇高精度的，以保證過零點檢測的準確性。

來源：瑞志信息

作者：張發林

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