兩種常見的電機驅動

2020-12-08 電子發燒友

兩種常見的電機驅動

今日頭條 發表於 2019-10-19 09:29:01

　　採用集成電機驅動晶片

　　通過電機驅動模塊控制驅動電機兩端電壓來對電機進行制動，我們可以採用飛思卡爾半導體公司的集成橋式驅動晶片MC33886。MC33886最大驅動電流為5A，導通電阻為140毫歐姆，PWM頻率小於10KHz，具有短路保護、欠壓保護、過溫保護等功能。體積小巧，使用簡單，但由於是貼片的封裝，散熱面積比較小，長時間大電流工作時，溫升較高，如果長時間工作必須外加散熱器，而且MC33886的工作內阻比較大，又有高溫保護迴路，使用不方便。

　　

　　下面，著重介紹我們在平時設計驅動電路時最常用的驅動電路。我們普遍使用的是英飛凌公司的半橋驅動晶片BTS7960搭成全橋驅動。其驅動電流約43A，而其升級產品BTS7970驅動電流能夠達到70幾安培！而且也有其可替代產品BTN7970，它的驅動電流最大也能達七十幾安！

　　其內部結構基本相同如下：

　　

　　每片晶片的內部有兩個MOS管，當IN輸入高電平時上邊的MOS管導通，常稱為高邊MOS管，當IN輸入低電平時，下邊的MOS管導通，常稱為低邊MOS管；當INH為高電平時使能整個晶片，晶片工作；當INH為低電平時，晶片不工作。

　　其典型運用電路圖如下圖所示：

　　

　　INH一般使用時，我們直接接高電平，使整個電路始終處於工作狀態。

　　下面就是怎麼樣用該電路使得電機正反轉？假如當PWM1端輸入PWM波，PWM2端置0，電機正轉；那麼當PWM1端為0，PWM2端輸入PWM波時電機將反轉！使用此方法需要兩路PWM信號來控制一個電機！其實可以只用一路PWM接PWM1端，另外PWM2端可以接在IO埠上，用於控制方向！假如PWM2=0，PWM1輸入信號時電機正轉；那麼當PWM2=1是，PWM1輸入信號電機反轉（必須注意：此時PWM信號輸入的是其對應的負佔空比）！

　　以上的電路，對於普通功率的底盤，其驅動電流已經能夠滿足，但是對於更大功率的底盤，可能有點吃力。尤其是當我們加的底盤在不停的加減速時，這就需要電機不停的正反轉，此時的電流很大，還用以上的驅動電路，晶片會很燙！！這個時候就需要我們自己用MOSFET和柵極驅動晶片自己設計H橋！

　　大功率MOS管組成電機驅動電路

　　由於本人對這一部分的研究還不過深入，以下內容主要參考了「337實驗室團隊」對大功率MOS管組成的電機驅動電路的分析與設計。

　　用這個方法電路非常簡單，控制只需要一路PWM，在管子上消耗的電能也比較少，可以有效地避免多片MC33886並聯時由於晶片分散性導致的驅動晶片某些片發熱某些不發熱的現象。但是缺點是不能控制電機的電流方向，在小車的剎車的性能的提升上明顯有弱勢，而且電流允許值也比較小。

　　當我們按照下圖接線時，也就是兩路PWM輸入組成H橋，則可以通過控制PWM1和PWM2的相對大小控制電流的方向，從而控制電機的轉向。

　　

　　在這裡給大家介紹的是IR公司的IR2104，因為IR公司號稱功率半導體領袖，當然2104也相對比較便宜！IR2104可以驅動可以驅動高端和低端兩個N溝道MOSFET，能提供較大的柵極驅動電流使用兩片IR2104型半橋驅動晶片可以組成完整的直流電機H橋式驅動電路。但是需要12V驅動！

　　關鍵參數的選擇：

　　

　　這個驅動設計單從信號邏輯上分析比較容易理解，但要深入的理解和更好的應用，就需要對電路做較深入的分析，對一些外圍元件的參數確定做理論分析計算。

　　圖中IC是一個高壓驅動晶片，驅動1個半橋MOSFET。Vb，Vs為高壓端供電;Ho為高壓端驅動輸出;COM為低壓端驅動供電，Lo為低壓端驅動輸出;Vss為數字電路供電。此半橋電路的上下橋臂是交替導通的，每當下橋臂開通，上橋臂關斷時Vs腳的電位為下橋臂功率管Q2的飽和導通壓降，基本上接近地電位，此時Vcc通過自舉二極體D對自舉電容C2充電使其接近Vcc電壓。當Q2關斷時Vs端的電壓就會升高，由於電容兩端的電壓不能突變，因此Vb端的電平接近於Vs和Vcc端電壓之和，而Vb和Vs之間的電壓還是接近Vcc電壓。當Q2開通時，C2作為一個浮動的電壓源驅動Q2;而C2在Q2開通其間損失的電荷在下一個周期又會得到補充，這種自舉供電方式就是利用Vs端的電平在高低電平之間不停地擺動來實現的。由於自舉電路無需浮動電源，因此是最便宜的，如圖所示自舉電路給一隻電容器充電，電容器上的電壓基於高端輸出電晶體源極電壓上下浮動。圖中的D和C2是IR2104在PWM應用時應嚴格挑選和設計的元器件，根據一定的規則進行計算分析;並在電路實驗時進行調整，使電路工作處於最佳狀態，其中D是一個重要的自舉器件，應能阻斷直流幹線上的高壓，其承受的電流是柵極電荷與開關頻率之積，為了減少電荷損失，應選擇反向漏電流小的快恢復二極體，晶片內高壓部分的供電都來自圖中自舉電容C2上的電荷;為保證高壓部分電路有足夠的能量供給，應適當選取C2的大小。

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