有刷直流马达驱动电路
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直流有刷电机的工作原理直流有刷电机是一种将电能转化为机械能的设备,在很多场合如风力发电机、电动汽车、电动工具等都有广泛的应用。
它的主要工作原理是靠磁场与电流之间的相互作用。
1.电机结构直流有刷电机由转子和定子两部分组成。
转子是旋转部分,由支撑转子轴的轴承、转子芯、换向器、磁轭、磁极等组成。
定子是静止部分,由定子铁芯、定子绕组、前后端盖等组成。
直流有刷电机采用永磁体产生磁场,具体而言,是通过接通定子绕组中的电流产生磁场,使其与永磁体形成磁通,从而实现旋转。
2.工作原理2.1 磁场与电流直流有刷电机中,磁极间存在一个轴向的磁通,称为空气磁通。
在运转时,定子绕组内会注入电流,这些电流会形成一个与空气磁通相互垂直的磁场。
由于电流的方向不同,产生的磁场方向也不同。
当电流流过绕组时,会形成磁场,磁场又会作用于磁极,从而改变磁通分布。
当磁通分布不均匀时,就会使得转子转动,因为电机中都是以磁极为方向的。
2.2 换向器的作用当转子继续转动时,该磁力会使转子绕组进入下一个磁场区域,但定子绕组中的电流方向仍然保持不变,从而导致磁力的极性变化。
为了让磁极的转动能够持续下去,需要交换绕组的电流方向。
这个任务就由变向器承担,变向器旋转一周将绕组中的电流方向反向,实现了磁极的转动。
2.3 感应电动势的产生由于绕组中的电流方向改变,因此会改变磁通的分布。
这种改变磁通的行为对电磁感应的产生十分重要。
当绕组中电流方向改变时,绕组中会产生一个感应电动势。
感应电动势的方向和磁通的方向成反比例关系,但它的大小与磁通的变化速度成正比例关系。
当磁通变化速度越快时,感应电动势的大小越大。
这种感应电动势会使电流在绕组内产生反向的流动,从而磁极继续旋转。
3.结论直流有刷电机主要通过磁场和电流的相互作用,产生电动势并将电能转换为机械能的过程中来实现其工作原理。
它也承担着许多应用的要求,例如高转速、高输出功率、高效率等要求,因此电机的设计不仅要考虑运动轨迹和电气性能,而且还要考虑其应用的实际情况,以达到更好的使用效果。
简析直流有刷电机的驱动设计作者:吕晓春来源:《文存阅刊》2020年第20期摘要:在自动化或者智能控制领域,动力源的种类繁多,但从源头上大体可以分为气动动力与电动动力两大类;在电动动力方面,有电机或者电磁铁等电能到动能转换部件;电机的细分种类,大致又可分为:直流有刷电机(BDC)与直流无刷电机(BLDC),步进电机(STEPMOTOR);伺服电机(SERVO MOTOR),与交流电机(AC MOTOR)。
有刷直流电机虽然有结构与可靠性上的一些缺点,但是有刷直流电机价格在性价比上,即满足必要的性能,相对合适的成本,有刷电机依旧是一个很好的选择;直流有刷电机的驱动看似简单,但实际有很多问题,主要在于:电机启动、停止、换向时容易损坏驱动器,在启动停止换向瞬间的冲击电流比正常工作电流大十倍以上;这就要求驱动器的负载能力与各种保护措施都要求强壮才能保证驱动器可靠。
关键词:直流电机;驱动器;电机驱动器;通用驱动器1.直流有刷电机驱动器的设计概述方案1,使用继电器实现电机驱动、或者换向和制动;这种方式由于继电器开合次数寿命非常有限,在开合时触点上产生电弧,以及在电流较大时触点接触电阻导致触点发热,导致触点加速氧化导致接触不良,这种方案用在课堂教学中问题不大,但如果频繁换向或者制动的工业应用场合,继电器就很容易损坏,这种方案就不是一个可靠方案。
方案2,驱动器使用半导体功率器件来实现全桥,如下图所示:这种控制方式,在启动或者负载电流较大时,功率器件进入完全导通或者完全关断的状态是有一个过程的,功率器件处于半导通的状态的过程,在功率器件上的压降大,而导致功率器件发热严重;另外这种方案还有上下桥臂的功率管直通的过程出现,虽然在整个控制启停过程中可能直通过程很短暂,但即便短暂也很有可能直接就导致烧毁;方案3,基于MOS管的H桥。
这种类型的驱动电路有很多的经典电路,甚至都有很多现成H桥集成电路芯片可选,比如MC33HB2000等,举例的这个芯片负载电流可以到3A,峰值电流能到16A,电机工作电压可以高达28V;集成过热保护,短路保护,可以说能满足很大部分中小额定电流的直流电机驱动的应用场合;但这种方案也不是本设计要讨论的重点,因为RdsOn的典型值为235mOhm,这个值还是有点偏大;在可靠性要求比较苛刻的工业控制环境下,对于需要频繁启动停止与换向的应用场合,发热还是偏大,这个可靠性无法保证;另外如果需要驱动的直流电机的额定电流接近3A甚至是超过3A,设计出的驱动器额定功率与负载功率接近,功率余量不足,甚至不够,这个场合就不能采用这个芯片方案;基于MOS管的非集成芯片的H桥驱动方案,更普遍地应用到直流电机的驱动方案中,而基于MOS 管的H桥分立驱动方案有两大类:A方案,上下桥臂都使用NMOS管,上桥臂通过一个电荷泵升电路控制通断; B方案,上桥臂采用PMOS管,下桥臂采用NMOS管;在A方案的设计中,可以考虑采用IR2104S半橋驱动器去驱动H桥功率电路,该芯片厂商也提供了经典的设计方案;A方案的最大问题是怎么确保上下桥臂不出现桥臂直通现象;功率管开关通断时,会产生比较大的电源振铃波动,这个波动会影响IR2104S的驱动波形,这个方案对供电的电源要求相对较高;为规避上述这些方案的问题,在当前芯片制造工艺下PMOS造价与导通电阻都与NMOS接近情况下,采用B方案的是本方案设计的讨论重点。
直流电机抱闸驱动电路原理概述说明以及解释1. 引言1.1 概述直流电机抱闸驱动电路是一种常见的电路,用于控制直流电机的启动、停止和转向。
抱闸驱动电路通过控制信号输入和逻辑解析,实现对电机的控制。
本文将对直流电机抱闸驱动电路的原理进行详细说明和解释。
1.2 文章结构本文分为五个部分,分别是引言、直流电机的工作原理、抱闸驱动电路的概述、直流电机抱闸驱动电路的工作原理解释以及结论及展望。
1.3 目的本文旨在介绍直流电机抱闸驱动电路的原理,并详细解释其工作过程。
通过阐述其概述、分类特点以及优缺点,读者可以全面了解这种驱动方式在不同应用领域中的使用情况。
此外,该篇文章还将对信号输入与控制逻辑解析、信号转换与功率放大解析以及马达启动与停止过程进行深入讲解,帮助读者更好地理解和应用直流电机抱闸驱动电路。
以上为文章“1. 引言”部分内容。
2. 直流电机的工作原理2.1 电机基本原理直流电机通过直接提供或变换直流电源来产生转动力,是一种将电能转化为机械能的设备。
其基本构成包括定子(静子)和转子(动子)。
定子通常由绕组、铁芯和端盖组成,而转子则由磁极、绕组和轴心组成。
直流电机的工作原理可简单地描述为:当通过定子绕组施加一个与磁场正交的直流电流时,会在磁场中产生一个力矩,使得转子开始旋转。
这是由于磁场与传导系数所产生的洛伦兹力相互作用引起的。
2.2 直流电机结构直流电机有不同类型的结构,常见的有分解架式和整体架式两种。
其中,分解架式包含了割平开槽型、差弱法等结构形式;整体架式则包括了齐纳励磁法、复合励磁法等结构形式。
无论是哪种结构形式,直流电机都包含了固定在外壳内部并连接到功率源上的定子线圈以及安装在轴上并能自由旋转的转子。
2.3 直流电机的应用领域直流电机在各个行业中都有广泛的应用。
例如,在工业领域,直流电机主要用于驱动各类设备和机械,如风机、泵机、输送带和升降装置等。
此外,在汽车和交通运输领域,直流电机被应用于汽车座椅调节器、风挡刷动力系统和车辆动力传动系统等。
有刷直流电机工作原理详解日期: 2014-05-27 / 作者: admin / 分类: 技术文章简介有刷直流电机被广泛用于从玩具到按钮调节式汽车坐椅的应用中。
有刷直流(Brushed DC,BDC)电机价格便宜、易于驱动并且易于制造成各种尺寸和形状。
本应用笔记将讨论BDC电机的工作原理、驱动BDC电机的方法以及将驱动电路与PIC唀片机接口的方法。
工作原理图1给出了一个简单BDC电机的结构。
所有BDC 电机的基本组件都是一样的:定子、电刷和换向器。
后面将更详细地介绍每个组件.定子定子会在转子周围产生固定的磁场。
这一磁场可由永磁体或电磁绕组产生。
BDC电机的类型由定子的结构或电磁绕组连接到电源的方式划分(欲知BDC电机的不同类型请参见步进电机的类型)。
转子转子(也称为电枢)由一个或多个绕组构成。
当这些绕组受到激励时,会产生一个磁场。
转子磁场的磁极将与定子磁场的相反磁极相吸引,从而使定子旋转。
在电机旋转过程中,会按不同的顺序持续激励绕组,因此转子产生的磁极绝不会与定子产生的磁极重叠。
转子绕组中磁场的这种转换被称为换向。
电刷和换向器与其他电机类型(即,无刷直流电机和交流感应电机)不同,BDC电机不需要控制器来切换电极绕组中电流的方向,而是通过机械的方式完成BDC电机绕组的换向。
在BDC电机的转轴上安装有一个分片式铜套,称为换向器。
随着电机的旋转,碳刷会沿着换向器滑动,与换向器的不同分片接触。
这些分片与不同的转子绕组连接,因此,当通过电机的电刷上电时,就会在电机内部产生动态的磁场。
注意电刷和换向器由于两者之间存在相对滑动,因而是BDC电机中最容易损耗的部分,这一点很重要。
步进电机的类型如前所述,BDC电机的各种类型用定子中固定磁场的产生方式来区别。
本节将讨论BDC电机的不同类型,以及每种类型的优缺点。
永磁体永磁体有刷直流(Permanent Magnet Brushed DC ,PMDC)电机是世界上最常见的BDC电机。
有刷直流电机有刷直流电机是一种常见的电机类型,广泛应用于各个领域,如家电、汽车、机械等。
本文将从原理、结构、工作特点和应用等方面对有刷直流电机进行详细介绍。
一、原理有刷直流电机是一种将电能转化为机械能的设备,它的工作原理基于电磁感应和楞次定律。
当有刷直流电机供给外部直流电源后,电流通过电机的定子线圈(又称为励磁线圈或电枢线圈)产生磁场。
然后,这个磁场与电机的转子磁极产生磁场相互作用,在电机的转子上形成一个旋转力矩,从而使电机转动。
二、结构有刷直流电机由定子、转子、刷子、换向器和外壳构成。
1. 定子:定子是电机的静态部分,它由一组线圈和磁铁组成。
这些线圈被固定在电机的外部结构上,并与电源相连。
定子的磁场与转子的磁场产生相互作用,从而产生旋转力矩。
2. 转子:转子是电机的旋转部分,也被称为电枢。
它由一组磁极和绕组组成。
转子通过轴向连接到驱动装置(如电机轴),并与定子磁场相互作用。
3. 刷子:刷子是连接转子绕组和外部电源之间的导电件。
它们与转子的绕组接触,并将电流从外部电源引导到转子绕组。
刷子通常由碳材料制成,具有较好的导电性能和耐磨性。
4. 换向器:换向器用于改变刷子与定子线圈的连接,使电流能够根据转子的位置流向正确的线圈,从而保持电机的正常运转。
5. 外壳:外壳是电机的保护结构,同时也起到固定电机各个部件的作用。
外壳通常由金属或塑料制成,具有良好的机械强度和绝缘性能。
三、工作特点有刷直流电机具有以下几个显著的工作特点:1. 转矩特性良好:有刷直流电机的转矩与电流呈线性关系,可以根据实际需求进行调节。
这使得有刷直流电机在一些对转矩要求较高的应用中非常适用,比如起动设备、自动化生产线等。
2. 速度调节范围广:由于有刷直流电机的转子绕组通过刷子直接连接到外部电源,所以可以通过调节电源电压的大小来控制电机的转速。
这使得有刷直流电机在需要频繁调节转速的场合中非常实用,如电动车、风扇等。
3. 启动、制动性能较好:有刷直流电机的刷子与转子绕组具有良好的摩擦接触,能够在很短的时间内实现启动和制动。
最全直流电机工作原理与控制电路解析(无刷+有刷+伺服+步进)直流电动机是连续的执行器,可将电能转换为(机械)能。
直流电动机通过产生连续的角旋转来实现此目的,该角旋转可用于旋转泵,风扇,压缩机,车轮等。
与传统的旋转直流电动机一样,也可以使用线性电动机,它们能够产生连续的衬套运动。
基本上有三种类型的常规电动机可用:AC 型电动机,(DC)型电动机和步进电动机。
典型的小型直流电动机交流电动机通常用于高功率的单相或多相(工业)应用中,需要恒定的旋转扭矩和速度来控制大负载,例如风扇或泵。
在本(教程)中,我们仅介绍简单的轻型直流电动机和步进电动机,这些电动机用于许多不同类型的(电子),位置控制,微处理器,(PI)C和(机器人)类型的电路中。
基本直流电动机该直流电动机或直流电动机,以给它的完整的标题,是用于产生连续运动和旋转,其速度可以容易地控制,从而使它们适合于应用中使用是速度控制,伺服控制类型的最常用的致动器,和/或需要定位。
直流电动机由两部分组成,“定子”是固定部分,而“转子”是旋转部分。
结果是基本上可以使用三种类型的直流电动机。
有刷(电机)–这种类型的电机通过使(电流)流经换向器和碳刷组件而在绕线转子(旋转的零件)中产生磁场,因此称为“有刷”。
定子(静止部分)的磁场是通过使用绕制的定子励磁绕组或永磁体产生的。
通常,有刷直流电动机便宜,体积小且易于控制。
无刷电动机–这种电动机通过使用附着在其上的永磁体在转子中产生磁场,并通过电子方式实现换向。
它们通常比常规的有刷型直流电动机更小,但价格更高,因为它们在定子中使用“霍尔效应”开关来产生所需的定子磁场旋转顺序,但是它们具有更好的转矩/速度特性,效率更高且使用寿命更长比同等拉丝类型。
伺服电动机–这种电动机基本上是一种有刷直流电动机,带有某种形式的位置反馈控制连接到转子轴。
它们连接到PWM型控制器并由其控制,主要用于位置(控制系统)和无线电控制模型。
普通的直流电动机具有几乎线性的特性,其旋转速度取决于所施加的直流电压,输出转矩则取决于流经电动机绕组的电流。
基于drv8871芯片的直流电动机驱动电路系统设计概述说明1. 引言1.1 概述:本文旨在介绍基于drv8871芯片的直流电动机驱动电路系统设计。
该设计旨在通过合理选择和匹配驱动器、设计保护回路以及优化控制策略,实现对直流电动机的高效驱动和精确控制。
通过详细阐述DRV8871芯片的功能特点和工作原理,深入讲解直流电动机的基本原理和常见应用场景,以及直流电动机驱动电路设计要点,读者将能够全面了解这个系统的构成和关键设计考虑因素。
1.2 文章结构:本文共分为六个章节。
引言部分首先介绍了整篇文章的概述,并简要概括了各章节的内容。
第二节将详细介绍DRV8871芯片的功能特点、工作原理以及相关参数规格。
第三节将重点讲解直流电动机的基本原理,包括其结构、工作原理以及常见类型和应用场景。
第四节将详细阐述直流电动机驱动电路设计的要点,包括合适的驱动器选择与匹配、保护回路设计以及控制策略选择与优化。
第五节将通过一个基于DRV8871芯片的直流电动机驱动电路系统设计实例进行分析,包括系统框架设计与硬件选型说明、关键组件参数计算与选择方法描述以及驱动电路连接图与控制策略详细说明。
最后一节为结论与展望部分,总结了设计效果,并提出了进一步研究的方向和潜在问题。
1.3 目的:本文旨在帮助读者深入理解基于drv8871芯片的直流电动机驱动电路系统设计。
通过对DRV8871芯片的介绍和直流电动机原理的讲解,读者将能够掌握该系统的核心原理和相关关键技术。
同时,通过实例分析和具体设计考虑因素的阐述,读者将能够学习到实际应用中如何进行具体电路设计以及如何根据需求选择合适的控制策略。
本文旨在为工程师和研究人员提供有关直流电动机驱动电路系统设计方面的知识与参考,并为进一步研究和应用提供启示和指导。
2. DRV8871芯片简介2.1 芯片功能特点:DRV8871是一款高性能、集成化的直流电动机驱动器芯片。
它具有以下功能特点:- 高性能运算放大器:内置多个运算放大器,用于实现电机控制回路的精确测量和调节。
有刷直流电机工作原理详解有刷直流电机是一种广泛应用于各种工业领域的电机,其工作原理基于电磁感应原理,通过磁场和电流的作用力使转子转动。
下面将对有刷直流电机的工作原理进行详细解释。
一、有刷直流电机的结构有刷直流电机主要由定子、转子、电刷、换向器等部分组成。
定子通常由铁芯和绕组组成,用于产生磁场;转子由铁芯和绕组组成,其上产生的电流与定子的磁场相互作用产生转矩;电刷和换向器则用于控制电流的方向,保证电机正反转。
二、有刷直流电机的工作原理1、通电后,定子绕组产生磁场当有电流通过定子绕组时,绕组中的电流将产生磁场,该磁场在空间上呈闭合状态,称为磁路。
在磁路上,磁力线分布不均匀,使得磁路上的各点具有不同的磁阻。
2、转子在磁场中受力转动转子上的绕组在磁场中会受到力的作用,这个力就是转矩。
转矩的方向与电流的方向有关,当电流方向改变时,转矩方向也会改变。
因此,通过改变电流方向,可以控制电机的正反转。
3、电刷和换向器的作用电刷和换向器是有刷直流电机中非常重要的组成部分。
电刷的作用是将电源的正负极连接到转子的绕组上,以控制电流方向;换向器则用于自动改变电流的方向,以保证电机正反转。
4、调速原理有刷直流电机的调速原理主要是通过改变电流的大小来控制转矩的大小,从而控制电机的转速。
具体来说,当电流增大时,转矩增大,电机的转速也会相应提高;当电流减小时,转矩减小,电机的转速会降低。
因此,可以通过调节电流的大小来实现对电机转速的控制。
三、有刷直流电机的优缺点1、优点:有刷直流电机具有结构简单、控制方便、体积小、转速高、价格低等优点,因此在许多领域得到了广泛应用。
2、缺点:有刷直流电机的缺点主要包括磨损大、维护成本高、寿命短等。
由于电刷和换向器的存在,使得电机的可靠性受到一定的影响。
四、总结有刷直流电机是一种应用广泛的电机,其工作原理基于电磁感应原理,通过磁场和电流的作用力使转子转动。
有刷直流电机的优缺点并存,但其结构简单、控制方便、体积小、转速高等优点使得其在许多领域具有广泛的应用前景。
有刷直流马达驱动电路MX608 有刷直流马达驱动电路MX608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9.6V),最大持续输出电流达到0.8A,最大峰值输出电流达到1.5A。
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Sinotech Mixic Electronics Co.,LTD MX608引脚排列 引脚定义功能框图注:D A JAT 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22mm*18mm。
直流电机(direct current machine)是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。
它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。
当它作电动机运行时是直流电动机,将电能转换为机械能;作发电机运行时是直流发电机,将机械能转换为电能。
直流电机的基本构成直流电机由定子和转子两部分组成,其间有一定的气隙。
直流电机的定子由机座、主磁极、换向磁极、前后端盖和刷架等部件组成。
其中主磁极是产生直流电机气隙磁场的主要部件,由永磁体或带有直流励磁绕组的叠片铁心构成。
直流电机的转子则由电枢、换向器(又称整流子)和转轴等部件构成。
其中电枢由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。
电枢铁心由硅钢片叠成,在其外圆处均匀分布着齿槽,电枢绕组则嵌置于这些槽中。
换向器是一种机械整流部件。
由换向片叠成圆筒形后,以金属夹件或塑料成型为一个整体。
各换向片间互相绝缘。
换向器质量对运行可靠性有很大影响。
直流电机的组成结构直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。
直流电机运行时静止不动的部分称为定子,定子的主要作用是产生磁场,由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。
运行时转动的部分称为转子,其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势,是直流电机进行能量转换的枢纽,所以通常又称为电枢,由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
01定子主磁极主磁极的作用是产生气隙磁场。
主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组成铁心一般用0.5mm~1.5mm厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成,分为极身和极靴两部分,上面套励磁绕组的部分称为极身,下面扩宽的部分称为极靴,极靴宽于极身,既可以调整气隙中磁场的分布,又便于固定励磁绕组。
励磁绕组用绝缘铜线绕制而成,套在主磁极铁心上。
整个主磁极用螺钉固定在机座上。
换向极换向极的作用是改善换向,减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花,一般装在两个相邻主磁极之间,由换向极铁心和换向极绕组组成。
对有刷直流电机来说,扭矩是绕组中电流的函数,通过查看电流波形,工程师可以发现电机不旋转或异常旋转的可能原因。
因此,需要设立一个有刷直流电机测试平台。
事关该平台的第一个建议就是选择一个合适的直流探头,下面许多示例都需要用电流探头进行调试。
不过,为确保测量的正确性,在使用电流探头之前,须对探头进行消磁和归零。
再就是选用可以提供足够电流的台式电源。
当试图驱动由涌流或失速引起的大电机电流时,由于台式电源的限流能力,电源轨电压可能会受到钳制。
确保选择一台可靠的电源,并将电流限制设置得足够高,以供被测电机使用。
熟悉正确的有刷直流电机电流曲线调试电机时,了解预期的电流曲线有很大的帮助。
图1显示了有刷直流电机的典型曲线。
有刷直流电机在最初通电时,会有很大的浪涌电流或启动电流。
随着电机速度不断提高,反电动势不断地增加,相应地,电流却不断减少。
反电动势是电机产生的与端电压相反的电压。
当电机停转时,电流将增加到等于端电压除以电机绕组电阻的水平。
停转可能因机械故障或负载到达行程末端而发生。
图1:以100%占空比驱动的有刷直流电机电流变化曲线。
本文资料来源:TI 如果有刷直流电机在连接到驱动器时动作异常,请把电机与驱动电路的连接断开,改由台式电源为其直接供电。
连接到电源后的电流曲线应如图1所示。
如果电流曲线与图1不同,则电机可能存在问题。
否则,再检查电机驱动器设置或MCU固件,以确保一切按预期运行。
有刷直流电机的电流调节方案有时,导致异常行为的原因可能是驱动程序的功能配置错误。
图2显示了由驱动器驱动的有刷直流电机的电流波形,其电流调节水平设置为限制浪涌电流和停转电流。
虽然电流调节功能专门用于此目的,但如果电流调节水平设置得太低,电机可能无法产生足够的启动扭矩来转动电机。
图2:由驱动器芯片驱动的有刷直流电机的电流波形。
有时候,电流调节方案与发送到电机驱动器输入端的脉宽调制(PWM)信号可能会相互影响。
通常,电机驱动器会通过进入具有固定关闭时间的慢衰减状态,来提升电流调节响应的优先级,而不是遵循输入引脚的逻辑表。
有刷直流电机换向电路1. 引言1.1 有刷直流电机换向电路的概述有刷直流电机是一种常见的电动机,广泛应用于各种领域,如家用电器、工业设备和汽车等。
在有刷直流电机中,换向电路起着至关重要的作用,它能够控制电流的方向,使电机实现正常运转。
换向电路的作用在于及时改变电机中通电的绕组,使电流的方向始终与磁场的方向保持正交关系,从而实现电机的正常运转。
换向电路的设计需要考虑到诸多因素,如电流大小、电机转速、绕组的结构等,只有在这些因素充分考虑的情况下,换向电路才能够发挥最佳效果。
在使用有刷直流电机的过程中,换向电路可能会遇到一些问题,如换向不及时、换向动作不准确等。
针对这些问题,我们需要及时分析并解决,以确保电机的正常运行。
有刷直流电机换向电路是电机运行的关键部件,对电机的工作性能和稳定性起着至关重要的作用。
在未来,随着科技的不断进步,有刷直流电机换向电路的设计和性能将会得到进一步提升,为电机的应用领域带来更广阔的发展空间。
2. 正文2.1 换向电路的基本原理有刷直流电机的换向电路是实现电机正反转的核心部分。
换向电路的基本原理是通过控制电机绕组中的电流方向,使得电机在不同的磁场作用下得以正常工作。
换向电路通常由电刷、换向环和换向器等部分组成,通过这些部件的协同工作,可以实现电机的换向操作。
除了电刷和换向器,换向环也是实现电机换向的重要部件。
换向环通常由导电材料制成,其位置安装在电机转子上。
当电机运行时,换向环会与电刷接触,从而改变电流的流向,实现电机的换向操作。
2.2 有刷直流电机的结构有刷直流电机是由定子和转子两部分组成的。
定子是由铁芯、绕组和换向器组成。
铁芯通常是用硅钢片叠压而成的,用于集中磁通和减小磁阻。
绕组是由绝缘线圈组成,固定在定子的绕线槽内,并与外部电源连接。
换向器是用于改变绕组通电方向的机械装置,可以使绕组产生反方向的电流。
转子由磁铁、轴和电刷组成。
磁铁通常是用永磁材料或电磁铁制成,用于产生磁场并与定子磁场相互作用。
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 JAT 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。
电特性参数表测试原理图PMOS体二极管导通电压测试原理图NMOS体二极管导通电压测试原理图时间参数测试原理图时间参数定义MX612电特性曲线典型应用线路图图1 MX612典型应用线路图特别注意事项:图1中的功率电源VDD对地去耦电容(C1)容值应根据具体的应用调整,VDD电压越高,输出峰值电流越大,C1取值越大,但是电容C1的取值至少需要4.7uF。
在高压、大电流的应用条件下建议电容C1取值100uF。
逻辑电源VCC对地电容C2必须至少需要4.7uF,实际应用时不需要靠近芯片单独添加一个电容,可以与其它控制芯片(RX2、MCU)等共用。
如果VCC对地没有任何电容,当电路因过载进入过热保护模式后,电路可能会进入锁定状态。
进入锁定状态后,必须重新改变一次输入信号的状态,电路才能恢复正常。
只要VCC 对地有超过4.7uF电容,电路就不会出现锁定状态。
图2 2-6节电池供电玩具遥控车马达驱动应用线路图如图2所示的马达驱动应用线路图,其中转向轮驱动电流较小,可选择MX608作为驱动电路。
后轮马达驱动电流较大,可根据具体要求选择我公司其他产品,如MX612,MX615以及MX618。
图2中的VDD对地去耦电容应根据实际使用情况选择容值。
VDD电压越高,马达电流越大,电容容值越大。
电容必须大于4.7uF。
应用说明1、基本工作模式a)待机模式在待机模式下,INA=INB=L。
包括驱动功率管在内的所有内部电路都处于关断状态。
电路消耗极低极低的电流。
此时马达输出端OUTA和OUTB都为高阻状态。
b)正转模式正转模式的定义为:INA=H,INB=L,此时马达驱动端OUTA输出高电平,马达驱动端OUTB输出低电平时,马达驱动电流从OUTA流入马达,从OUTB流到地端,此时马达的转动定义为正转模式。
c)反转模式反转模式的定义为:INA=L,INB=H,此时马达驱动端OUTB输出高电平,马达驱动端OUTA输出低电平时,马达驱动电流从OUTB流入马达,从OUTA流到地端,此时马达的转动定义为反转模式。
d)刹车模式刹车模式的定义为:INA=H,INB=H,此时马达驱动端OUTA以及OUTB都输出低电平,马达内存储的能量将通过OUTA端NMOS管或者OUTB端NMOS快速释放,马达在短时间内就会停止转动。
注意在刹车模式下电路将消耗静态功耗。
e)PWM模式A当输入信号INA为PWM信号,INB=0或者INA=0,INB为PWM信号时,马达的转动速度将受PWM信号占空比的控制。
在这个模式下,马达驱动电路是在导通和待机模式之间切换,在待机模式下,所有功率管都处于关断状态,马达内部储存的能量只能通过功率MOSFET的体二极管缓慢释放。
注意:由于工作状态中存在高阻状态,因此马达的转速不能通过PWM信号的占空比精确控制。
如果PWM 信号的频率过高,马达会出现无法启动的情况。
PWM模式A信号波形示意图f)PWM模式B当输入信号INA为PWM信号,INB=1或者INA=1,INB为PWM信号时,马达的转动速度将受到PWM信号占空比的控制。
在这个模式下,马达驱动电路输出在导通和刹车模式之间,在刹车模式下马达存储的能量通过低边的NMOS管快速释放。
注意:由于工作状态中存在刹车状态,马达能量能快速释放,马达的转速能通过PWM信号的占空比精确控制,但必须注意如果PWM信号频率过低会导致马达因进入刹车模式而出现无法连续平滑转动的现象。
为减小电机噪音,建议PWM信号频率大于10KHz,小于50KHz。
PWM模式B信号波形示意图2、防共态导通电路在全桥驱动电路中,将半桥内的高边PMOS功率管和低边NMOS功率管同时导通的状态称为共态导通状态。
共态导通将出现一个电源至地的瞬态大电流,该电流会引起额外的功耗损失,极端情况下会烧毁电路。
通过内置死区时间,可避免共态导通。
典型的死区时间为300ns。
3、过热保护电路当驱动电路结温超过预设温度(典型值为150℃)时,TSD电路开始工作,此时控制电路强制关断所有输出功率管,驱动电路输出进入高阻状态。
TSD电路中设计了热迟滞,只有当电路的结温下降到预设温度(典型值130℃)时,电路返回正常工作状态。
4、驱动电路最大持续功耗该系列马达驱动电路内部均设计有过热保护电路,因此当驱动电路消耗的功耗过大时,电路将进入热关断模式,热关断状态下马达将无法正常工作。
驱动电路最大持续功耗的计算公式为:P M=(150℃-T A)/θJA其中150℃为热关断电路预设温度点,T A为电路工作的环境温度(℃),θJA为电路的结到环境的热阻(单位℃/W)。
注意:驱动电路的最大持续功耗与环境温度、封装形式以及散热设计等因素有关,与电路导通内阻并无直接关系。
5、驱动电路功耗马达驱动电路内部功率MOSFET的导通内阻是影响驱动电路功耗的主要因素。
驱动电路功耗的计算公式为:P D=I L2 *R ON其中I L表示马达驱动电路的输出电流,R ON表示功率MOSFET的导通内阻。
注意:功率MOSFET的导通内阻随着温度的升高而升高,在计算电路的最大持续输出电流以及功耗时必须考虑导通内阻的温度特性。
6、驱动电路最大持续输出电流根据驱动电路的最大持续功耗以及驱动电路功耗可计算出驱动电路的最大持续输出电流,计算公式为:其中的R ONT为考虑温度特性后的功率MOSFET导通内阻。
注意:驱动电路的最大持续输出电流与环境温度、封装形式、散热设计以及功率MOSFET的导通内阻等因素有关。
7、马达内阻选择上述分析表明,马达驱动电路的最大持续功耗有限。
如果马达驱动电路所驱动马达内阻极小,其堵转电流超过马达驱动电路所能承受的最大持续输出电流太多,则很容易导致马达驱动电路进入过热关断状态,玩具车在跑动或者反复前进、后退时将出现抖动的现象。
在马达驱动电路选型时,必须考虑马达的内阻。
特别注意事项1、电源与地反接将电路的电源与地线反接,将导致电路损坏,严重时会导致塑料封装冒烟。
可考虑在电路的电源端串联一个功率肖特基二极管至电池的正端,可防止由于电池接反引起的电路损坏。
功率肖特基二极管的最大持续电流能力必须大于马达堵转的持续电流,否则肖特基二极管会因为过热而损坏。
功率肖特基二极管的反向击穿电压必须大于最高电源电压,如果反向击穿电压过小,当电池反接时,会击穿肖特基二极管造成烧毁。
2、功率电源VDD对地去耦电容(C1)驱动电路要求添加的功率电源VDD对地去耦电容C1(参考应用线路图1)主要有两个作用:1)、吸收马达向电源释放的能量,稳定电源电压,避免电路因为过压而击穿;2)、在马达起动或者快速正转、反转切换的瞬间,马达需要瞬间大电流才能迅速启动。
由于电池的响应速度以及连接引线较长,往往不能立即输出瞬态大电流,此时需要依赖靠近马达驱动电路附近的储能电容释放出瞬态大电流。
根据电容的储能特性,电容容值越大,相同时间内的电压波动越小,因此在高压、大电流的应用条件下建议电容C1取值100uF,建议根据具体的应用选择电容值,但是该电容C1取值至少需要4.7uF。
3、静电防护电路的输入/输出端口采用了CMOS器件,对静电放电敏感。
虽然设计有静电防护电路,但在运输、包装、加工、储存过程中应该采取防静电措施,尤其是在加工过程中应重点考虑防静电。
4、输出对地短路、输出端短路在正常工作时,电路的高电平输出端与地线发生短路时或者OUTA与OUTB两端发生短路,电路内部将通过极大的电流,产生极大的功耗,触发电路内部的过热关断电路,从而保护电路不立即烧毁。
但由于过热保护电路只检测温度,并不检测通过电路的瞬态电流,输出对地短路时电流极大,容易造成电路损坏,使用时应避免发生输出对地短路。
测试时加入限流措施可避免发生类似损坏。
5、输出对电源短路在正常工作时,当电路的低电平输出端与电源发生短路时,电路将会被损坏。
6、马达堵转在正常工作时,当驱动电路的负载马达出现堵转的情况后,如果堵转电流超过驱动电路的最大持续电流,驱动电路将进入过热保护模式,防止电路损坏。
但如果堵转电流远大于最大峰值电流,电路较容易损坏。
7、峰值电流大大超过额定值在接近或超过最高工作电压且峰值电流大大超过绝对最大峰值电流时也会造成芯片烧毁。
MX612封装外形尺寸图SOP8:。