如何做好一款电机驱动?

 在学习电机驱动电路设计时,我们需要考虑哪些主要的因素,才能做好一款电机驱动?

 
电机(英文:Electric machinery,俗称"马达")是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。在电路中用字母M(旧标准用D)表示。它的主要作用是产生驱动转矩,作为用电器或各种机械的动力源。发电机在电路中用字母G表示。它的主要作用是利用机械能转化为电能,目前最常用的是,利用热能、水能等推动发电机转子来发电。
 
针对不同电机,我们就应该选择与其对应的驱动;简单来说,就是功率大的电机应该选择内阻小、电流容许大的驱动,而功率小的电机,可以选用较为低功率的驱动。
 
一、驱动电路实现功能
如何做好一款电机驱动?
拿到设计电机项目,首先要考虑需要实现哪些功能。
 
电机是单向还是双向转动?
 
对于单向的电机驱动,只要用一个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机即可,当电机需要双向转动时,可以使用由4个功率元件组成的H桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。
 
电机需不需要调速?
 
如果不需要调速,只要使用继电器即可;但如果需要调速,可以使用三极管,场效应管等开关元件实现PWM(脉冲宽度调制)调速。
 
二、其次是电机的性能
 
对于PWM调速的电机驱动电路,主要有以下性能指标。
 
1)输出电流和电压范围,它决定着电路能驱动多大功率的电机。
 
2)效率,高的效率不仅意味着节省电源,也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率,可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通(H桥或推挽电路可能出现的一个问题,即两个功率器件同时导通使电源短路)入手。
如何做好一款电机驱动?
3)对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离,防止有高电压大电流进入主控电路,这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离。
 
4)对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染;大的电流可能导致地线电位浮动。
 
5)可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到,无论加上何种控制信号,何种无源负载,电路都是安全的。
 
三、电机驱动PWM控制方式
 
一般来说,我们设计电机驱动较为常规的方法是采用PWM控制。主要有两种方式:
 
采用集成电机驱动芯片
 
第一种方式,我们通过电机驱动模块,实现对驱动电机两端电压来对电机进行制动。
 
采用集成芯片设计驱动的优点:外围电路简单,比较容易实现,调试容易通过率高,而且故障率低,但一般这样的集成驱动芯片电流驱动能力有限,比较常用的如:L298P,BTS7960,BTS7971等等。
 
采用MOSFET和专用栅极驱动芯片
 
最典型的方案就是利用IR系列MOS驱动器搭建H桥电路驱动电机正反转。
 
使用MOS驱动设计主要优点有:驱动能力大,带负载能力强,驱动器内阻取决于所选用的MOS管,这样产品可定制性强,产品成本低。同时MOS缺点也有不少,比如:外围电路比集成的驱动器稍复杂,需要调试各种参数,比如自举电容大小的选择,控制方式的选择,升压电路的参数等等,这也是导致此方案很多人不用的原因。
 
在制作电机驱动中,首先我强烈推荐用MOS桥的方法,虽然说电路稍微复杂了一些,但作为一名想深入研发的电子爱好者、开发者这应该是理所当然的,如果你想提高自己的话先把集成电机驱动丢掉!