直流电机驱动电路设计 一、直流电机驱动电路的设计目标 在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑一下几点： 1. 功能：电机是单向还是双向转动？需不需要调速？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。 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。 2. 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。 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。 二、三极管-电阻作栅极驱动
1．输入与电平转换部分： 输入信号线由DATA引入，1脚是地线，其余是信号线。注意1脚对地连接了一个2K欧的电阻。当驱动板与单片机分别供电时，这个电阻可以提供信号电流回流的通路。当驱动板与单片机共用一组电源时，这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的地线造成干扰。或者说，相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔开，实现“一点接地”。 高速运放KF347（也可以用TL084）的作用是比较器，把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2.7V基准电压比较，转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。KF347的输入电压范围不能接近负电源电压，否则会出错。因此在运放输入端增加了防止电压范围溢出的二极管。输入端的两个电阻一个用来限流，一个用来在输入悬空时把输入端拉到低电平。 不能用LM339或其他任何开路输出的比较器代替运放，因为开路输出的高电平状态输出阻抗在1千欧以上，压降较大，后面一级的三极管将无法截止。 2．栅极驱动部分： 后面三极管和电阻，稳压管组成的电路进一步放大信号，驱动场效应管的栅极并利用场效应管本身的栅极电容（大约 1000pF）进行延时，防止H桥上下两臂的场效应管同时导通（“共态导通”）造成电源短路。 当运放输出端为低电平（约为1V至2V,不能完全达到零）时，下面的三极管截止，场效应管导通。上面的三极管导通，场效应管截止,输出为高电平。当运放输出端为高电平（约为VCC-(1V至2V),不能完全达到VCC）时，下面的三极管导通，场效
应用越来越广泛的直流电机，驱动电路设计 Source：电子元件技术| Publishing Date：2009-03-20 中心论题： ?在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑功能和性能等方面的因素 ?分别介绍几种不同的栅极驱动电路并比较其性能优缺点 ?介绍PWM调速的实现算法及硬件电路 ?介绍步进电机的驱动方案 解决方案： ?根据实际电路情况以及要求仔细选择驱动电路 ?使用循环位移算法及模拟电路实现PWM调速 ?对每个电机的相应时刻设定相应的分频比值，同时用一个变量进行计数可实现步进电机的分频调速 直流电机驱动电路的设计目标 在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑一下几点： 功能：电机是单向还是双向转动？需不需要调速？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。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。 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。 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。 三极管-电阻作栅极驱动 1．输入与电平转换部分： 输入信号线由DATA引入，1脚是地线，其余是信号线。注意1脚对地连接了一个2K欧的电阻。当驱动板与单片机分别供电时，这个电阻可以提供信号电流回流的通路。当驱动板与单片机共用一组电源时，这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的地线造成干扰。或者说，相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔开，实现“一点接地”。 高速运放KF347（也可以用TL084）的作用是比较器，把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2。7V 基准电压比较，转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。KF347的输入电压围不能接近负电源电压，否则会出错。因此在运放输入端增加了防止电压围溢出的二极管。输入端的两个电阻一个用来限流，一个用来在输入悬空时把输入端拉到低电平。
MH188Specifications Ultra High Sensitivity Hall Effect Latch MH188 Hall-effect sensor is a temperature stable, stress-resistant sensor. Superior high-temperature performance is made possible through a dynamic offset cancellation that utilizes chopper-stabilization. This method reduces the offset voltage normally caused by device over molding, temperature dependencies, and thermal stress. MH188 includes the following on a single silicon chip: voltage regulator, Hall voltage generator, small-signal amplifier, chopper stabilization, Schmitt trigger, Advanced DMOS wafer fabrication processing is used to take advantage of low-voltage requirements, component matching, very low input-offset errors, and small component geometries. This device requires the presence of both south and north polarity magnetic fields for operation. In the presence of a south polarity field of sufficient strength, the device output sensor on, and only switches off when a north polarity field of sufficient strength is present. MH188 is rated for operation between the ambient temperatures –40℃and 85℃for the E temperature range, and –40℃to 125℃for the K temperature range. The two package styles available provide magnetically optimized solutions for most applications. Package SO is an SOT-23, a miniature low-profile surface-mount package, while package UA is a three-lead ultra mini SIP for through-hole mounting. Packages is Halogen Free standard and which have been verified by third party lab. Features and Benefits ●DMOS Hall IC Technology. ●Reverse bias protection on power supply pin. ●Chopper stabilized amplifier stage. ●Optimized for BLDC motor applications. ●Reliable and low shifting on high Temp condition. ●Good ESD Protection. ●100% tested at 125 ℃ for K. ●Custom sensitivity / Temp erature selection are available. Applications ●High temperature Fan motor ● 3 phase BLDC motor application ●Speed sensing ●Position sensing ●Current sensing ●Revolution counting ●Solid-State Switch ●Linear Position Detection ●Angular Position Detection ●Proximity Detection ●High ESD Capability
无刷直流电机的组成及工作原理 2.1 引言 直流无刷电动机一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体三部分组成，电子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成，而对转子位置的检测一般用位置传感器来完成。工作时，控制器根据位置传感器测得的电机转子位置有序的触发驱动电路中的各个功率管，进行有序换流，以驱动直流电动机。下文从无刷直流电动机的三个部分对其发展进行分析。 2.2 无刷直流电机的组成 2.2.1 电动机本体 无刷直流电动机在电磁结构上和有刷直流电动机基本一样，但它的电枢绕组放在定子上，转子采用的重量、简化了结构、提高了性能，使其可*性得以提高。无刷电动机的发展与永磁材料的发展是分不开的，磁性材料的发展过程基本上经历了以下几个发展阶段：铝镍钴，铁氧体磁性材料，钕铁硼（NdFeB）。钕铁硼有高磁能积，它的出现引起了磁性材料的一场革命。第三代钕铁硼永磁材料的应用，进一步减少了电机的用铜量，促使无刷电机向高效率、小型化、节能的方向发展。 目前，为提高电动机的功率密度，出现了横向磁场永磁电机，其定子齿槽与电枢线圈在空间位置上相互垂直，电机中的主磁通沿电机轴向流通，这种结构提高了气隙磁密，能够提供比传统电机大得多的输出转矩。该类型电机正处于研究开发阶段。 2.2.2 电子换相电路 控制电路：无刷直流电动机通过控制驱动电路中的功率开关器件，来控制电机的转速、转向、转矩以及保护电机，包括过流、过压、过热等保护。控制电路最初采用模拟电路，控制比较简单。如果将电路数字化，许多硬件工作可以直接由软件完成，可以减少硬件电路，提高其可靠性，同时可以提高控制电路抗干扰的能力，因而控制电路由模拟电路发展到数字电路。 驱动电路：驱动电路输出电功率，驱动电动机的电枢绕组，并受控于控制电路。驱动电路由大功率开关器件组成。正是由于晶闸管的出现，直流电动机才从有刷实现到无刷的飞跃。但由于晶闸管是只具备控制接通，而无自关断能力的半控性开关器件，其开关频率较低，不能满足无刷直流电动机性能的进一步提高。随着电力电子技术的飞速发展，出现了全控型的功率开关器件，其中有可关断晶体管（GTO）、电力场效应晶体管（MOSFET）、金属栅双极性晶体管IGBT 模块、集成门极换流晶闸管（IGCT）及近年新开发的电子注入增强栅晶体管（IEGT）。随着这些功率器件性能的不断提高，相应的无刷电动机的驱动电路也获得了飞速发展。目前，全控型开关器件正在逐渐取代线路复杂、体积庞大、功能指标低的普通晶闸管，驱动电路已从线性放大状态转换为脉宽调制的开关状态，相应的电路组成也由功率管分立电路转成模块化集成电路，为驱动电路实现智能化、高频化、小型化创造了条件。 2.2.3 转子位置检测电路
无刷直流电机驱动 James P. Johnson, Caterpiller公司 本章的题目是无刷直流电动机及其驱动。无刷直流电动机（BLDC）的运行仿效了有刷并励直流电动机或是永磁直流电动机的运行。通过将原直流电动机的定子、转子内外对调—变成采用包含电枢绕组的交流定子和产生磁场的转子使得该仿效得以可能。正如本章中要进一步讨论的，输入到BLDC定子绕组中的交流电流必须与转子位置同步更变，以便保持磁场定向，或优化定子电流与转子磁通的相互作用，类似于有刷直流电动机中换向器、电刷对绕组的作用。该原理的实际运用只能在开关电子学新发展的今天方可出现。BLDC电机控制是今天世界上发展最快的运动控制技术。可以预见，随着BLDC的优点愈益被大家所熟知且燃油成本持续增加，BLDC必然会进一步广泛运用。 2011-01-30 23.1 BLDC基本原理 在众文献中无刷直流电动机有许多定义。NEMA标准《运动/定位控制电动机和控制》中对“无刷直流电动机”的定义是：“无刷直流电动机是具有永久磁铁转子并具有转轴位置监测来实施电子换向的旋转自同步电机。不论其驱动电子装置是否与电动机集成在一起还是彼此分离，只要满足这一定义均为所指。”
图23.1 无刷直流电机构形 2011-01-31 若干类型的电机和驱动被归类于无刷直流电机，它们包括： 1 永磁同步电机（PMSMs）； 2 梯形反电势(back - EMF)表面安装磁铁无刷直流电机； 3 正弦形表面安装磁铁无刷直流电机； 4 内嵌式磁铁无刷直流电机； 5 电机与驱动装置组合式无刷直流电机； 6 轴向磁通无刷直流电机。 图23.1给出了几种较常见的无刷直流电机的构形图。永磁同步电机反电势是正弦形的，其绕组如同其他交流电机一样通常不是满距，或是接近满距的集中式绕组。许多无刷直流电
A4954 双路全桥式DMOS PWM 电动机驱动器 特点 ?低R DS(on)输出 ?过电流保护(OCP) 电动机短路保护 o o电动机引脚接地短路保护 o电动机引脚电池短路保护 ?低功耗待机模式 ?可调PWM 电流限制 ?同步整流 ?部欠压锁定(UVLO) ?交叉电流保护 描述 通过脉宽调制(PWM) 控制两个直流电动机，A4954 能够承受峰值输出电流达±2 安培，并使电压达到40 伏特。 输入端通过应用外部PWM 控制信号以控制直流电动机的速度与方向。部同步整流控制电路用来降低脉宽调制(PWM) 操作时的功率消耗。 部电路保护包括过电流保护、电动机接地或电源短路、因滞后引起的过热关机、V BB欠压监视以及交叉电流保护。 A4954 采用带有外置散热板的16 引脚TSSOP 小型封装（后缀LP）。该封装为无铅封装，且引脚框采用100% 雾锡电镀。 ?功能方框图
A4950 全桥式DMOS PWM 电动机驱动器特点 ?低R DS(开)输出 ?过电流保护(OCP) o电动机短路保护 o电动机引脚接地短路保护 o电动机引脚电池短路保护 ?低功耗待机模式 ?可调PWM 电流限制 ?同步整流 ?部欠压锁定(UVLO) ?交叉电流保护
描述 通过脉宽调制(PWM) 控制直流电动机，A4950 能够提供±3.5 安培的峰值输出电流，工作电压为40 伏特。 该产品可提供输入端子，通过外部施加的PWM 控制信号控制直流电动机的速度与方向。采用部同步整流控制电路降低脉宽调制(PWM) 操作时的功率消耗。 部电路保护包括过电流保护、电动机引脚接地短路或电源短路、带时延的过热关机、V BB欠压监视以及交叉电流保护。 A4950 采用带有外露散热板的8 引脚SOICN 小型封装（后缀LJ）。该封装为无铅封装，且引脚框采用100% 雾锡电镀。 ? 功能方框图 A4938 三相无刷直流电动机预驱动器 功能及优点 ?驱动6 N-通道MOSFET ?同步整流，减少功率耗散
1 引言 长期以来，直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。特别随着计算机在控制领域，高开关频率、全控型第二代电力半导体器件(GTR、GTO、MOSFET、IGBT等)的发展，以及脉宽调制(PWM)直流调速技术的应用，直流电机得到广泛应用。为适应小型直流电机的使用需求，各半导体厂商推出了直流电机控制专用集成电路，构成基于微处理器控制的直流电机伺服系统。但是，专用集成电路构成的直流电机驱动器的输出功率有限，不适合大功率直流电机驱动需求。因此采用N沟道增强型场效应管构建H桥，实现大功率直流电机驱动控制。该驱动电路能够满足各种类型直流电机需求，并具有快速、精确、高效、低功耗等特点，可直接与微处理器接口，可应用PWM技术实现直流电机调速控制。 2 直流电机驱动控制电路总体结构 直流电机驱动控制电路分为光电隔离电路、电机驱动逻辑电路、驱动信号放大电路、电荷泵电路、H桥功率驱动电路等四部分，其电路框图如图一 由图可以看出，电机驱动控制电路的外围接口简单。其主要控制信号有电机运转方向信号Dir电机调速信号PWM及电机制动信号Brake，Vcc为驱动逻辑电路部分提供电源，Vm为电机电源电压，M+、M-为直流电机接口。 在大功率驱动系统中，将驱动回路与控制回路电气隔离，减少驱动控制电路对外部控制电路的干扰。隔离后的控制信号经电机驱动逻辑电路产生电机逻辑控制信号，分别控制H桥的上下臂。由于H桥由大功率N沟道增强型场效应管构成，不能由电机逻辑控制信号直接驱动，必须经驱动信号放大电路和电荷泵电路对控制信号进行放大，然后驱动H桥功率驱动电路来驱动直流电机。 3 H桥功率驱动原理 直流电机驱动使用最广泛的就是H型全桥式电路，这种驱动电路方便地实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。H桥功率驱动原理图如图2所示。
1 引言 直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便、调速范围广，过载能力强，可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转，能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求，因此在工业控制领域，直流电机得到了广泛的应用。 许多半导体公司推出了直流电机专用驱动芯片，但这些芯片多数只适合小功率直流电机，对于大功率直流电机的驱动，其集成芯片价格昂贵。基于此，本文详细分析和探讨了较大功率直流电机驱动电路设计中可能出现的各种问题，有针对性设计和实现了一款基于25D60-24A 的直流电机驱动电路。该电路驱动功率大，抗干扰能力强，具有广泛的应用前景。 2 H 桥功率驱动电路的设计 在直流电机中，可以采用GTR 集电极输出型和射极输出性驱动电路实现电机的驱动，但是它们都属于不可逆变速控制，其电流不能反向，无制动能力，也不能反向驱动，电机只能单方向旋转，因此这种驱动电路受到了很大的限制。对于可逆变速控制， H 桥型互补对称式驱动电路使用最为广泛。可逆驱动允许电流反向，可以实现直流电机的四象限运行，有效实现电机的正、反转控制。而电机速度的控制主要有三种，调节电枢电压、减弱励磁磁通、改变电枢回路电阻。三种方法各有优缺点，改变电枢回路电阻只能实现有级调速，减弱磁通虽然能实现平滑调速，但这种方法的调速范围不大，一般都是配合变压调速使用。因此在直流调速系统中，都是以变压调速为主，通过PWM(Pulse Width Mo dulation)信号占空比的调节改变电枢电压的大小，从而实现电机的平滑调速。 2.1 H 桥驱动原理 要控制电机的正反转，需要给电机提供正反向电压，这就需要四路开关去控制电机两个输入端的电压。当开关S1 和S4 闭合时，电流从电机左端流向电机的右端，电机沿一个方向旋转;当开关S2 和S3 闭合时，电流从电机右端流向电机左端，电机沿另一个方向旋转， H 桥驱动原理等效电路图如图1 所示。
直流无刷电机 驱动IC 版本号：V1.0 日期：2013年5月28日
一.特色： 三.封装形态 二.简介： ● 军工品质，工作稳定 ● 用于有霍尔/无霍尔无刷电机驱动 ● 正/反转控制，软切换功能 ● 转速线性调节 ● 过流保护 ● 短路保护 ● 欠压保护 ● DSP 核H_PWM 驱动低噪音 ● JYKJ 特有技术，保证了在任何工况下电机都能正常运转 ● 有霍尔与无霍尔应用自动识别功能 ● 外围电路简单，使用方便 JY01A 是一款多功能的无刷电机驱动IC ，可用于有霍尔、无霍尔无刷电机驱动。具备调速，正反转，过流保护，短路保护，欠压保护等功能，军工级品质，工作稳定，防干扰能力强等特点。
四.电气特性： （一）绝对最大额定值 V DD………………………………………………………………………………相对于GND+5.5V 所有输入电压…………………………………………………………GND-0.5V—VDD+0.5V 所有吸入输出电流………………………………………………………… IOL/8mA，IOH/5mA 工作温度…………………………………………………………………………………-40℃~85℃储存温度…………………………………………………………………………………-50℃~125℃ （二）直流特性 符号符号描述最小值典型值最大值单位条件 V DD电源 4.55 5.5V正常工作环境下 V IL 输入IO低电平00.3V TTL电平 V IH 输入IO高电平35 5.5V TTL电平 IOL低电平吸入电流58mA TTL电平 IOH高电平输出电流35mA TTL电平 Vjd模拟输入电平05V模拟输入电平范围 Ijd模拟输入电流100nA模拟输入电流值
有刷直流马达驱动电路MX612 有刷直流马达驱动电路 MX612 概述 该产品为电池供电的玩具、低压或者电池供电的运动控制应用提供了一种集成的有刷直流马达驱动解决方案。电路内部集成了采用N沟和P沟功率MOSFET设计的H桥驱动电路，适合于驱动有刷直流马达或者驱动步进马达的一个绕组。该电路具备较宽的工作电压范围（从2V到10V），最大持续输出电流达到1.2A，最大峰值输出电流达到2.5A。 该驱动电路内置过热保护电路。通过驱动电路的负载电流远大于电路的最大持续电流时，受封装散热能力限制，电路内部芯片的结温将会迅速升高，一旦超过设定值(典型值150℃)，内部电路将立即关断输出功率管，切断负载电流，避免温度持续升高造成塑料封装冒烟、起火等安全隐患。内置的温度迟滞电路，确保电路恢复到安全温度后，才允许重新对电路进行控制。 特性 ●低待机电流(小于0.1uA)； ●低静态工作电流； ●集成的H桥驱动电路； ●内置防共态导通电路； ●低导通内阻的功率MOSFET管； ●内置带迟滞效应的过热保护电路(TSD)； ●抗静电等级：3KV (HBM)。 典型应用 ● 2-6节AA/AAA干电池供电的玩具马达驱动； ● 2-6节镍-氢/镍-镉充电电池供电的玩具马达驱动； ● 1-2节锂电池供电的马达驱动
引脚排列 引脚定义 功能框图
注：D A JA T A表示电路工作的环境温度，θJA为封装的热阻。150℃表示电路的最高工作结温。 (2)、电路功耗的计算方法: P =I2*R 其中P为电路功耗，I为持续输出电流，R为电路的导通内阻。电路功耗P必须小于最大功耗P D (3)、人体模型，100pF电容通过1.5KΩ 电阻放电。 注：(1)、逻辑控制电源VCC与功率电源VDD内部完全独立，可分别供电。当逻辑控制电源VCC掉电之后，电路将进入待机模式。 (2)、持续输出电流测试条件为：电路贴装在PCB上测试，SOP8封装的测试PCB板尺寸为25mm*15mm。
Features and Benefits ? Built-in Reverse Voltage Protection ? Built-in RFI Filter ? Power Efficient CMOS and Power MOSFET Drivers allow 400mA without overheating ? Built-in Zener Diodes Protect Outputs ? Eliminate all Fan Components ? Eliminate PC Board ? 5V and 12V Operation ? High Sensitivity for switching symmetry ? Locked Rotor Shutdown Applications ? Fan sizes up to 90mm ? Current range up to 400mA Ordering Information Part No. Temperature Suffix Package Code US79 K (-40°C to 125°C) UA (TO-92 flat) 1. Functional Diagram 2. Description The US79KUA is the most advanced Smart Fan Control Hall IC. It is designed for 5V and 12V cooling commutation. The chip contains many features to allow survival in a harsh environment. The IC was designed to eliminate all discrete components such as capacitors, resistors, transistors, diodes, PC board and associated labor, replacing US$0.25 to US$0.35 in direct cost. The K rating guarantees proper operation up to an ambient temperature of 125°C. Hall IC circuitry and power FET output provide a low power dissipation cool chip. Locked Rotor conditions are detected by the IC when there is no motion for one second and will shut off the motor drive for five seconds. Then, the IC will turn on the drive current for one second. This sequence continues indefinitely until the locked rotor condition is fixed. This feature prevents overheating.
直流无刷电机的工作原理 直流无刷电机的优越性 直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，但直流电机的优点也正是它的缺点，因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能，则电 枢磁场与转子磁场须恒维持90°，这就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会 产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外，使用场合也受到限制。交流电机没有碳刷及 整流子，免维护、坚固、应用广，但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技 术才能达到。现今半导体发展迅速功率组件切换频率加快许多，提升驱动电机的性能。微处 理机速度亦越来越快，可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直交坐标系统中，适当控制 交流电机在两轴电流分量，达到类似直流电机控制并有与直流电机相当的性能。 此外已有很多微处理机将控制电机必需的功能做在芯片中，而且体积越来越小；像模拟/数字转换器(Analog-to-digital converter，ADC)、脉冲宽度调制(pulse wide modulator，PWM)…等。直流无刷电机即是以电子方式控制交流电机换相，得到类似直流电机特性又没有直流电机机构上缺失的一种应用。 直流无刷电机的控制结构 直流无刷电机是同步电机的一种，也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转 子极数(P)影响： N=120．f / P。在转子极数固定情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。直 流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器)，控制定子旋转磁场的频率并将电机转子 的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。也就是说直流无刷电 机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。 直流无刷驱动器包括电源部及控制部如图(1) ：电源部提供三相电源给电机，控制部则依需 求转换输入电源频率。
在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑一下几点： 1．功能：电机是单向还是双向转动？需不需要调速？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。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。 2．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。 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 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。 H桥驱动电路：H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机，因其外形酷似字母'H'，所以称作H桥驱动电路。 要使电机M运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。电机顺时针转动。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，驱动电机逆时针方向转动。
Complementary Output Hall Effect Latch The MH276T is an integrated Latching Hall effect sensor with output drivers, mainly designed for electronic commutation of brushless DC fans. This IC includes an on chip voltage regulator, reverse battery Diode, Hall plate, amplifier, comparator, and a pair of complementary open-collector outputs (D O, D O B). It provides a one-chip solution for driving two-coil brushless DC cooling fans. A novel V CC recovery circuit allows the complete two-wire fan control circuit to fit in a small four pin PB free package. While the magnetic flux density (B) is larger than the operate point (B OP), DO will turn on (low), and meanwhile D O B will turn off (high). Each output is latched until B is lower than the release point (B RP), and then D O and D O B will change state. For a DC fan application, it is sometimes necessary to test the reversed power connection condition. The internal protection diode only protects the chip side and not the coil side. If it is necessary to protect the coil side then add one external diode to the application circuit to block the reverse current from the coil-side. See application circuit example on page 3. Features and Benefits ●On-chip Hall sensor with two different sensitivity and hysteresis settings ● 3.5V to 20V operating voltage ●400mA (avg.) output sink current ●Built-in protecting diode only for chip reverse power connecting ●-20° to +85°C operating temperature ●Thermal Shut-Down Function ●Short Protection Function(For 3.5V to 14V) ●Low cost and high sensitivity Hall Sensor Applications ●Position Sensing ●Dual-coil Brush-less DC Motor ●Dual-coil Brush-less DC Fan ●Revolution Counting ●Speed Measurement Functional Diagram
直流电机控制电路专辑—6 伺服电机是一种传统的电机。它是自动装置的执行元件。伺服电机的最大特点是可控。在有控制信号时，伺服电机就转动，且转速大小正比于控制电压的大小。去掉控制电压后，伺服电机就立即停止转动。伺服电机的应用甚广，几乎所有的自动控制系统都需要用到。在家电产品中，例如录相机、激光唱机等都是不可缺少的重要组成部分。 1．简单伺服电机的工作原理 图22示出了伺服电机的最简单的应用。电位器RV1由伺服电机带动。电机可选用电流不超过700mA，电压为12～24V的任一种伺服电机。图中RV1和RV2是接成惠斯登(Wheatstone)电桥。集成电路LM378是双路4瓦功率放大器，也以桥接方式构成电机驱动差分放大器。当RV2的任意变化，都将破坏电桥的平衡，使RV1—RV2之间产生一差分电压，并且加以放大后送至电机。电机将转动，拖动电位器RV1到新的位置，使电桥重新达到新的平衡。所以说，RV1是跟踪了RV2的运动。 图23是用方块图形式，画出了测速传感器伺服电机系统，能用作唱机转盘精密速度控制的原理图。电机用传统的皮带机构驱动转盘。转盘的边缘，用等间隔反射条文图形结构。用光电测速计进行监视和检测。光电测速计的输出信号正比于转盘的转速。把光电测速计输出信号的相位和频率，与标准振荡器的相位和频率进行比较，用它的误差信号控制电机驱动电路。因此，转盘的转速就精确地保持在额定转速上。额定转速的换档，可由操作开关控制。
这些控制电路，已有厂家做成专用的集成电路 2．数字比例伺服电机 伺服电机的最好类型之一，是用数字比例遥控系统。实际上这些装置是由三部份组成：采用集成电路、伺服电机、减速齿轮盒电位器机构。图24是这种系统的方块图。电路的驱动输入，是用周期为15ms而脉冲宽度为1～2ms的脉冲信号驱动。输入脉冲的宽度，控制伺服机械输出的位置。例如：1ms脉宽，位置在最左边；1.5ms在中是位置，2ms在最右边的位置 每一个输入脉冲分三路同时传送。一路触发1.5ms脉宽的固定脉冲发生器。一路输入触发脉冲发生器，第三路送入脉宽比较电路。用齿轮盒输出至RV1，控制可变宽度的脉冲发生器。这三种脉冲同时送到脉宽比较器后，一路确定电机驱动电路的方向。另一路送给脉宽扩展器，以控制伺服电机的速度，使得RV1迅速驱动机械位置输出跟随输入脉宽的任何变化。 上述伺服电机型常用于多路遥控系统。图25示出了四路数字比例控制系统的波形图。上述伺服电机型常用于多路遥控系统。图25示出了四路数字比例控制系统的波形图。 从图中可以看出是串行数据输入，经过译码器分出各路的控制信号。每一帧包含4ms 的同步脉冲，紧接在后面的是四路可变宽度(1～2ms)顺序的“路”脉冲。译码器将四路脉冲变换为并行形式，就能用于控制伺服电机。 3．数字伺服电机电路 数字伺服电机控制单元，可以买到现成的集成电路。例如ZN409CE或NE544N型伺服电机放大器集成电路。图26和图27示出了这两种集成电路的典型应用 。
TC68TC686 Two-Coil Fan Driver Data Sheet Rev. 1.1 1. General Descriptions 6 is an output driver for two-coil BLDC fan or motor and a Hall sensor is integrated in. Beside the magnetic sensor, the device includes an amplifier that amplifies the Hall voltage, a Schmitt trigger to provide switching hysteresis, two complementary open-drain drivers. It also includes an over-temp protector and chopper modulator which enhances the magnetic performance. Placing the device in a variable magnetic field, if the magnetic flux density is larger than Bop, pin DO will be turned on (low) and pin DOB will be turned off (high). This output state is held until the magnetic flux density reverses and falls below Brp, then causes DO to be turned off (high) and DOB to be turned on (low). Features □ On Chip Hall Sensor □3.5~28V Supply Voltage □ 1.5mA Operating Current □ 500mA(Average) Output Sink Current □ Embedded Clamp Diodes at Outputs □ Ambient Temp Range:-40C~85C □ Embedded Over-Temp Protector □ TO-94 (SIP-4L) Package Typical Applications □ BLDC Fan □ BLDC Motor □ Revolution Counting □ Speed Measurement Package □TO94
由于本人主要是搞软件的，所以硬件方面不是很了解，但是为了更好地相互学习，仅此整理出一份总结出来，有什么错误的地方还请大家积极的指出！供大家一起参考研究！ 我们做的智能小车，要想出色的完成一场比赛，需要出色的控制策略！就整个智能车这个系统而言，我们的被控对象无外乎舵机和电机两个！通过对舵机的控制能够让我们的小车实时的纠正小车在赛道上的位置，完成转向！当然那些和我一样做平衡组的同学不必考虑舵机的问题！而电机是小车完成比赛的动力保障，同时平衡组的同学也需要通过对两路电机的差速控制，来控制小车的方向！所以选一个好的电机驱动电路非常必要！ 常用的电机驱动有两种方式：一、采用集成电机驱动芯片；二、采用MOSFET和专用栅极驱动芯片自己搭。集成主要是飞思卡尔自己生产的33886芯片，还有就是L298芯片，其中298是个很好的芯片，其内部可以看成两个H桥，可以同时驱动两路电机，而且它也是我们驱动步进电机的一个良选！由于他们的驱动电流较小（33886最大5A持续工作，298最大2A持续工作），对于我们智能车来说不足以满足，但是电子设计大赛的时候可能会用到！所以想要详细了解他们的同学可以去查找他们的数据手册！在此只是提供他们的电路图，不作详细介绍！ 33886运用电路图
下面着重介绍我们智能车可能使用的驱动电路。普遍使用的是英飞凌公司的半桥驱动芯片BTS7960搭成全桥驱动。其驱动电流约43A，而其升级产品BTS7970驱动电流能够达到70几安培！而且也有其可替代产品BTN79 70，它的驱动电流最大也能达七十几安！其内部结构基本相同如下： 每片芯片的内部有两个MOS管，当IN输入高电平时上边的MOS管导通，常称为高边MOS管，当IN输入低电平时，下边的MOS管导通，常称为低边MOS 管；当INH为高电平时使能整个芯片，芯片工作；当INH为低电平时，芯片不工作。其典型运用电路图如下图所示： EN1和EN2一般使用时我们直接接高电平，使整个电路始终处于工作状态！