电机驱动小总结

2016-8-16 22:41| 发布者: demon| 查看: 456| 评论: 65|原作者: meisme

摘要: 电机驱动有单极性和双极性两种。当只需要电机单方向驱动时，可采用单极性驱动，如下图(a)所示，此电路由于续流二极管工作时间较长，损耗大，所以改进后的半桥驱动如下图(b): Figure 1.Illustration of the half ...

电机驱动有单极性和双极性两种。当只需要电机单方向驱动时，可采用单极性驱动，如下图(a)所示，此电路由于续流二极管工作时间较长，损耗大，所以改进后的半桥驱动如下图(b):

Figure 1.Illustration of the half bridge.

当需要电机正反两个方向旋转时，采用双极性驱动方式，如下：

Figure 2．Illustration of the H bridge.
功能逻辑如下：（1：合并，0：断开）
S1 S2 S3 S4 电机动作
1 0 0 1 正传
0 1 1 0 反转
0 0 0 0 自由
0 1 0 1 刹车
1 0 1 0 刹车
这又称为全桥驱动，上图中开关使用大功率MOS管替代，可以使用分立元件，也可以使用集成电路。但是能用于PWM驱动的低电压大电流芯片产品并不多，在智能车比赛中使用最多的有：MC33886, VNH3SP30, BTS7960B, DT340I, IRF3205。
根据查阅的资料，使用单片MC33886时易发生发热、噪声等问题，对电源电压影响过大等问题，所以可以使用两片并联，如下所示：

该接法降低了MOS管的导通内阻，增大了驱动电流，可以起到增强驱动能力、减小芯片发热的作用，但是起始频率受限，电机噪声大且发热严重。
VNH3SP30是意法半导体公司生产的专用于电机驱动的大电流功率集成芯片。芯片核心是一个双单片上桥臂驱动器(HSD)和2个下桥臂开关,HSD开关的设计采用ST的ViPowe技术，允许在一个芯片内集成一个功率场效应MOS管和智能信号/保护电路。下桥臂开关是采用ST专有的EHD(STripFET)工艺制造的纵向场效应MOS管。3个模块叠装在一个表面组装MultiPowerSO- 30引脚框架电绝缘封装内，具体性能指标如下: ①最大电流30 A、电源电压高达40 V; ②功率MOS管导通电阻0.034 Ω; ③5 V兼容的逻辑电平控制信号输入;④内含欠压、过压保护电路;⑤芯片过热报警输出和自动关断。与MC3886相比，它具有一个显著优点就是芯片不会发热，且保护功能强大，但是存在开关频率限10 kHz，电机噪声大且电机容易发热，但芯片较贵，很多场合性价比不高。
采用2个半桥智能功率驱动芯片BTS7960B组合成一个全桥驱动器，驱动直流电机转动。BTS7960B是应用于电机驱动的大电流半桥集成芯片，它带有一个P沟道的高边MOSFET、一个N沟道的低边MOSFET和一个驱动IC。 P沟道高边开关省去了电荷泵的需求，因而减少了电磁干扰(EMI)。集成的驱动IC具有逻辑电平输入、电流诊断、斜率调节、死区时间产生和超温、过压、欠压、过流及短路保护功能。BTS7960B的通态电阻典型值为16 mΩ，驱动电流可达43 A，调节SR引脚外接电阻的大小可以调节MOS管导通和关断时间，具有防电磁干扰功能。IS引脚是电流检测输出引脚。INH引脚为使能引脚，IN引脚用于确定哪个MOSFET导通。当IN=1 且INH=1时，高边MOSFET导通，输出高电平；当IN=0且INH=1时，低边MOSFET导通，输出低电平。通过对下桥臂开关管进行频率为25 kHz的脉宽调制(PWM)信号控制BTS7960B的开关动作，实现对电机的正反向PWM驱动、反接制动、能耗制动等控制状态。这块芯片开头频率可以达到25 kHz，可以很好地解决前面提到的MC33886和VNH3SP30使电机噪声大和发热的问题，同时驱动能力有了明显的提高，响应速度快。但是，电机变速时会使电源电压下降10%左右，控制器等其他电路容易产生掉电危险，从而使整个电路系统瘫痪。
在查看往年技术报告时也发现直接使用分立器件设计H桥，但是这会冒很大风险，有可能不稳定。
综上所述，应尽量采用VNH3SP30组合成全桥，也可以使用两片MC33886并联。