电机驱动(举例说明如何设计电机驱动电路)

对于不同的电机，我们应该选择相应的驱动器。简单来说，大功率的电机要用低内阻、高电流耐受度驱动，小功率的电机可以用低功率驱动。驱动电机的传统方法是PWM控制。

有两种常见的电机驱动方式:

1.采用集成电机驱动芯片；

2.使用MOSFET和特殊栅极驱动芯片。

方案一，采用集成电机驱动芯片

通过电机驱动模块控制驱动电机两端的电压来制动电机。我们可以使用飞思卡尔半导体公司的集成桥式驱动芯片MC33886。MC33886最大驱动电流为5A，导通电阻为140 mOhms，PWM频率小于10KHz，具有短路保护、欠压保护和过温保护功能。体积小，使用方便，但是由于贴片的封装，散热面积比较小，长时间大电流工作温升比较高。如果长时间工作，必须加散热器，而且MC33886内阻比较大，还有高温保护电路，使用不方便。

接下来，我们将重点介绍设计驱动电路时最常用的驱动电路。我们一般使用英飞凌公司的半桥驱动芯片BTS7960作为全桥驱动。它的驱动电流在43A左右，它的升级产品BTS7970可以达到70安培！而且它还有它的替代产品BTN7970，最大驱动电流可以达到70安培以上！

其内部结构基本相同如下:

每个芯片内部有两个MOS管。当IN输入高电平时，上层信息源网络MOS管导通，通常称为高端MOS管。当IN输入低电平时，下面的MOS管导通，通常称为低端MOS管。当INH为高电平时，整个芯片使能，芯片工作；当INH在信息网络中处于低位时，芯片不起作用。

典型应用电路图如下图所示:

一般使用INH时，我们直接接高电平，这样整个电路就一直处于工作状态。

下面是如何利用这个电路使电机正反转。PWM波输入PWM1端子，PWM2端子置0，电机正转；然后PWM1端子为0，PWM 2端子输入PWM波，电机就会反转！这种方法需要两个PWM信号来控制电机！其实PWM1端只能接一个PWM，PWM2端可以接IO口控制方向！如果PWM2=0，当PWM1输入信号时，电机正转；然后，当PWM2=1为yes时，PWM1的输入信号反相(必须注意，PWM信号输入其对应的负比空)。

以上电路，对于普通功率的机箱，已经能够满足驱动电流，但是对于功率更高的机箱，可能就有点困难了。尤其是我们加的底盘在不断加速减速的时候，这就需要电机不断的正反旋转。这个时候电流很大，芯片配合上面的驱动电路会很烫！！这时候就需要用MOSFET和栅极驱动芯片自己设计H桥了！

第二，电机驱动电路由大功率MOS管组成。

由于我对这部分的研究还不够深入，以下内容主要参考“337实验室团队”对大功率MOS晶体管构成的电机驱动电路的分析与设计。

用这种方法，电路非常简单，只需要一个PWM进行控制，管上消耗的电能也比较少，可以有效避免多个MC33886并联时，由于芯片分散，驱动芯片有的热有的不热的现象。但缺点是不能控制电机的电流方向，对汽车制动性能的改善明显较弱，允许的电流值比较小。

当我们按照下图接线时，也就是两个PWM输入形成一个H桥，通过控制PWM1和PWM2的相对大小就可以控制电流的方向，这样就可以控制电机的转向。

这里是IR公司的IR2104，因为IR公司号称功率半导体的龙头，当然2104也相对便宜！IR2104可以驱动高端和低端N沟道MOSFET，可以提供更大的栅极驱动电流。两片IR2104半桥驱动芯片可以构成一个完整的DC电机H桥驱动电路。但是需要12V驱动！

关键参数的选择:

这张驱动器设计单从信号逻辑分析上很容易理解，但是要想有深入的理解和更好的应用，就需要对电路进行深入的分析，对一些外围元器件的参数确定进行理论分析和计算。

图中的IC是驱动半桥MOSFET的高压驱动器芯片。Vb，Vs为高压端供电；Ho为高压端驱动输出；COM为低压侧驱动供电，lo为低压侧驱动输出；Vss为数字电路供电。这个半桥电路的上支路和下支路交替导通。每当下支路导通，上支路关断时，Vs支路的电位就是下支路功率晶体管Q2的饱和导通压降，基本接近地电位。此时，Vcc通过自举二极管D对自举电容C2充电，使其接近Vcc电压。当Q2关闭时，Vs端的电压将上升。因为电容两端的电压不会突然改变，所以Vb端的电压接近Vs和Vcc端的电压之和，而Vb和Vs之间的电压仍然接近Vcc。当Q2开启时，C2驱动Q2作为浮动电压源；然而，C2在Q2导通期间损失的电荷将在下一个周期中被补充。这种自举供电模式是利用Vs端的电平在高低电平之间不断摆动来实现的。

由于自举电路不需要浮空电源，所以最便宜。如图所示，自举电路给一个电容充电，电容上的电压根据高端输出晶体管的源极电压上下波动。图中的d和C2是IR2104在PWM应用中应该严格选择和设计的元件，并按照一定的规则进行计算和分析。在电路实验过程中进行调整，使电路工作在最佳状态，其中D是一个重要的自举器件，应该能够阻挡DC干线上的高压，它所承受的电流是栅极电荷和开关频率的乘积。为了减少电荷损失，应选择反向漏电流小的快恢复二极管，芯片中高压部分的电源来自图中自举电容C2上的电荷。为了保证高压电路有足够的能量供应，应适当选择C2的大小。