柔性线路板厂之直流小功率电机驱动电路设计

文章来源：作者：梁波静查看手机网址

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人气：4787发布日期：2020-07-13 10:44【大中小】

简介

直流小功率电机广泛适用于家电、工控、计算机等诸多设备，直流电机的种类也非常多，通常可以分为有刷和无刷两大类。电机的驱动器件和驱动电路也非常成熟和多样。柔性线路板厂主要以常见的几种驱动方式和器件为例，重点阐述了各种驱动电路设计的重点和要点。
1直流有刷电机驱动器
1.1 采用DRV8800集成驱动电路图如图1所示：

图1：DRV8800电机驱动电路

DRV8800为全桥有刷直流电机驱动器，具有低压保护、过流保护、电机引线对电源短路保护、电机引线对地短路保护等功能，并支持同步整流方式。电机的转向控制通过PHASE引脚进行。
在实际运用中，图中D1器件PMF12CA是进行反电动势的泻放。本电路对电机的速度控制并非传统的PWM的占空比控制，而是通过对ENABLE引脚的控制得到有效转速。ENABLE引脚置低后，电机进入刹车模式，这样做的好处是提高了电机的制动性能，可以使电机快速制动，提高控制精度。其控制逻辑真值表如表一所示。
表1：DRV8800控制逻辑表 1.2有刷电机H桥驱动电路如图2所示
图2：有刷电机H桥驱动电路
在分立电路中，有刷直流电机转向切换必须通过H桥电路，通过改变流入电机的电流方向从而改变电机转向；电机的转速调节通过调节PWM的占空比实现，并要注意防止上下管直通。
注意：1）电路图中1N4148的作用是在高速状态加快栅极驱动的关断速度；2）确保MOS管在未驱动的状态下保持关闭。3）自举升压电容的选择根据PWM的频率来决定，一般为1UF，2.2UF。4）MIC4605具有防止直通，内置死区的功能。
2直流无刷电机驱动器
2.1高速单相直流无刷电机原理图（hall方式）

由于FD2503驱动器的特性以及实际的工作需求，FD2503只需一路输入便可以产生两路输出。时序图如下：

设计要点和注意事项1)图中1N4148的作用是在高速状态加快栅极驱动的关断速度；2)1N5819防止自举升压对12V电源的产生影响。3)高速电机工作峰值电流最大达60A，一般采样电阻难以承受，故电流采样采用康铜丝进行。4)由于高速单相无刷直流电机最高速的可达10万RPM，故会产生很大的反电动势，故使用两颗1000uf的电容对反电动势进行吸收。并注意电容耐压值，一般需留出2倍余量。5)大电容的容值选择由根据实际情况确定，并非越大越好。6)功率地要加隔离。7)确保MOS管在未驱动的状态下保持关闭。8)虽然通过HALL传感器可以获得电机的位置信息，但是在启动时仍需通过强制启动的方式启动电机，启动成功后再切换到HALL方式。

电源部分注意事项：1）由于高速电机反电动势过大，所以电源电压进入稳压前进行隔离，减少干扰。2）对电机母线电压与电源电压通过MOS管进行隔离，也是为了防止反电动势的影响。3）调试中发现，若不进行隔离措施，HALL信号将会出现很大干扰，造成位置信息判断不准，电机运行异常。4）注意电容耐压值，由于反电动势的存在，一般需要留出3倍余量。

Hall信号检测部分注意事项：1）高速电机的换相信息通过Hall传感器提供。2）Hall的电源与信号要远离大电流部分，防止受到干扰，影响电机运行。3）Hall信号稳定性与准确性，关系电机运行电流大小与稳定性，影响电机运行最终速度。 2.2直流无刷电机（三相）

设计注意事项：1）由于反电动势，电源电压在稳压之前必须进行隔离，以保证后级电压的稳定性。2）母线电压需要添加大电解电容，用来吸收电机的反电动势。功率地要加隔离。3）注意电容耐压值，由于反电动势的存在，一般需要留出3倍余量。

驱动桥注意事项：1）图中1N4148的作用是在高速状态加快栅极驱动的关断速度；2）1N5819防止自举升压对9V电源的产生影响。3）驱动的输入下拉到地，确保MOS管在未驱动的状态下保持关闭。4）设置PWM的死区，防止上下臂直通。5）自举升压保证上臂的有效打开。6）驱动方式上可分为上臂PWM下臂常开和同步整流方式，其中同步整流方式通过改变续流路径，发热小，响应快。7）自举升压电容的选择根据PWM的频率来决定，一般为1UF，2.2UF。

设计注意事项：1）无感驱动无刷直流电机需要反电动势检测电路监测电机反电动势，并通过判断的到电机的位置信息。电机需先要运行到一定速度才可检测出反电动势信息。2）本电路提供虚拟出三相电机中点并对三相相电压进行缩放，使获得的过零点信息与实际相一致。3）分压网络电阻选择高精度的，以保证过零点检测的准确性。