直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可以封裝在小模塊中，如圖所示

顧名思義，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)并控制其速度以及旋轉(zhuǎn)方向。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 IC 的核心是電流放大器，負(fù)責(zé)為電機(jī)提供所需的功率。然而，術(shù)語(yǔ)“電機(jī)驅(qū)動(dòng)器”也可以統(tǒng)稱為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，旨在控制各種電機(jī)的動(dòng)作。這些系統(tǒng)也可以由分立元件構(gòu)建，特別是在需要更高功率時(shí)。在本文中，我們將研究系統(tǒng)級(jí)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，其中驅(qū)動(dòng)器組件與電機(jī)和控制電路集成到同一個(gè)系統(tǒng)中。驅(qū)動(dòng)部分本身通常是具有特定驅(qū)動(dòng)配置的橋式電路；我們將在本文中介紹這些驅(qū)動(dòng)配置。01高級(jí)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和系統(tǒng)將多個(gè)組件集成到單個(gè)封裝或組件中。完整的系統(tǒng)中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括下圖所示的一組功能塊。

微控制器部分在驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)始運(yùn)行時(shí)觸發(fā)，它主要處理從驅(qū)動(dòng)電路接收到的數(shù)據(jù)，如關(guān)于位置或速度的反饋（例如使用電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器）。驅(qū)動(dòng)器電路包括激勵(lì)驅(qū)動(dòng)所需的所有電路，但如果驅(qū)動(dòng)電路可以在邏輯電平上觸發(fā)，則可以由微控制器直接提供激勵(lì)。在具有中等功率輸出的 MOSFET 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電路中可能會(huì)出現(xiàn)這種情況。02H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)拓?fù)?/strong>最常見(jiàn)的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路拓?fù)涫?H 橋電路。該電路如下圖所示，以它的 H 形拓?fù)錇槠涿Ｍㄟ^(guò)控制電路中每個(gè) MOSFET 中驅(qū)動(dòng)電流的方向，直流電機(jī)可以使用 H 橋在順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛏线\(yùn)行。

MOSFET 是用于實(shí)現(xiàn) H 橋設(shè)計(jì)的最常見(jiàn)組件。接通 Q1 和 Q4 會(huì)使電機(jī)沿一個(gè)方向運(yùn)行，而接通 Q2 和 Q3 會(huì)使電機(jī)沿相反方向運(yùn)行。相同的驅(qū)動(dòng)電路可以使用脈寬調(diào)制 (PWM)進(jìn)行操作，這使得可以在電機(jī)運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)控制電機(jī)的速度。03帶控制器的替代電機(jī)驅(qū)動(dòng)器H 橋驅(qū)動(dòng)電路由將 PWM 或類似數(shù)字控制輸入連接到 MOSFET 柵極的電子元件電路組成。它有兩個(gè)主要功能：

通過(guò)將輸入電壓轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)碾娖絹?lái)驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O。

提供足夠量的電流以快速對(duì)柵極進(jìn)行充電和放電。

此外，一些驅(qū)動(dòng)電路還具有其他特點(diǎn)，例如：

驅(qū)動(dòng)模式?jīng)Q定了如何將輸入命令轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)門(mén)的信號(hào)。

包含額外的安全功能，例如過(guò)流保護(hù)。

調(diào)節(jié) FET 開(kāi)啟和關(guān)閉的時(shí)間長(zhǎng)度。

下表和圖片總結(jié)了常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)器控制器電路。此時(shí)值得一提的是，低邊使用的所有 MOSFET 都是 N 型的，但 P型和 N型MOSFET都可以用于高邊。

04H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中的挑戰(zhàn)雖然設(shè)計(jì)基于 H 橋的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的過(guò)程乍一看似乎很容易，但并非沒(méi)有困難，特別是在電路設(shè)計(jì)階段或固件開(kāi)發(fā)階段。在 H 橋電路中，F(xiàn)ET 以對(duì)角線模式打開(kāi)和關(guān)閉，但這種切換不能在所有 FET 之間同時(shí)發(fā)生。

終止時(shí)間：總會(huì)有一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，所有晶體管都會(huì)打開(kāi)。如果頂部和底部開(kāi)關(guān)都打開(kāi)，則會(huì)出現(xiàn)電壓和功率的瞬間損失，或者可能發(fā)生短路。可以使用終止時(shí)間來(lái)防止這種情況發(fā)生。這是 H 橋中所有 FET 開(kāi)啟的短暫時(shí)間。終止時(shí)間允許程序員延遲打開(kāi)最頂部的開(kāi)關(guān)，直到最底部的開(kāi)關(guān)關(guān)閉。

PWM 頻率：設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí)必須正確設(shè)置的另一個(gè)關(guān)鍵要素是 PWM 頻率。在較低頻率下會(huì)損失更多功率。但是，如果 PWM 頻率太高，微控制器可能難以在所需的偏置下提供必要的 PWM 信號(hào)。此外，柵極驅(qū)動(dòng)器和晶體管開(kāi)關(guān)可能由于與高頻率開(kāi)關(guān)不兼容而失效。所以必須在固件中設(shè)置正確的 PWM 頻率，以保證電機(jī)控制器的正常運(yùn)行。

EMI：最后，極端EMI也是某些類型的電機(jī)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，例如有刷直流電機(jī)。這是由換向器的頻繁切換引起的，這會(huì)將噪聲注入附近的組件。在極端情況下，傳導(dǎo)電流會(huì)損壞附近的組件。濾波器和鐵氧體通常用于屏蔽可能吸收這種 EMI 的電纜，尤其是在大部分功率集中的較低頻率下。

05H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的MOSFET選擇如果要在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中使用 MOSFET，它們應(yīng)該具有一些重要的參數(shù)：

高電壓和電流處理能力

低導(dǎo)通電阻

盡可能低的引線電感

引線電感和 PCB 布局對(duì)于確定驅(qū)動(dòng)路徑上的總電感都很重要。在啟動(dòng)期間，過(guò)大的電感會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電路中的欠阻尼振蕩，從而損壞或毀壞 MOSFET。因此，MOSFET 需要做瞬態(tài)電壓保護(hù)。這可以像一個(gè)TVS 二極管和一個(gè)與柵極串聯(lián)的小電阻一樣簡(jiǎn)單，并且應(yīng)該在電機(jī)兩端放置一個(gè)快速恢復(fù)二極管。

總結(jié)

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