电动机及其驱动电路

功率MOS驱动直流电机的常用电路分析发表时间：2020-12-29T07:36:51.625Z 来源：《中国科技人才》2020年第24期作者：熊永昌李树平[导读] 与双极晶体管不同，MOS是电压控制器件。

当MOS导通时栅极没有（或只有极其微小）电流流过，MOS管在基极区域不产生电荷的存储，更加适合应用于高速通断的场合。

牡丹江师范学院物理与电子工程学院黑龙江牡丹江 157000摘要：功率MOSFET因为其栅极驱动流过电流极小、导通内阻极低，被广泛的应用于大功率电机驱动电路中。

本文根据应用场景简要分析了当电机仅需要单向工作时采用的半桥式驱动电路与需要双向工作时采用的H桥驱动电路。

关键词：功率MOSFET;半桥驱动;H桥驱动;直流电机与双极晶体管不同，MOS是电压控制器件。

当MOS导通时栅极没有（或只有极其微小）电流流过，MOS管在基极区域不产生电荷的存储，更加适合应用于高速通断的场合。

在MOS导通时，可以认为ID=IS，MOS管的导通内阻可为几十毫欧或更低，由于这种特性MOS管被广泛的应用于大功率直流电机驱动电路、开关电路等。

为了使MOSFET在电路中获得最优的性能体现，就必须选择合适的驱动电路。

1.半桥式驱动电路如图1所示，是简单的N沟道MOSFET的开路漏极电路。

在MOSFET的G(栅极)，S(源极)两端加上正电压使Vgs大于开启电压，MOSFET 即可导通，完全导通时MOSFET的内阻可达几毫欧。

在分析电路时，电动机被认为是感性负载，再电路中驱动这些感性负载时，当驱动电压突然断开，就会在负载两端产生一个很大的反向电动势，为了避免反向电动势击穿回路中的器件，一般会在电机两端接入一个反向二极管，用于吸收反向电动势。

如图1电路中所示。

简单的开路漏极电路只是具备开启MOSFET的功能，并不能实现驱动电机时通常需要的缓启动、快停止、脉宽调制等功能。

在缓启动、快停止、调节转速的应用场景中一般使用半桥式驱动电路。

电机驱动器的工作原理
电机驱动器是一种用于控制电动机运行的电子装置。

它的工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 电源供电：电机驱动器通过供应电源来为电动机提供所需的电能，通常使用直流电源或交流电源。

2. 信号输入：电机驱动器接收来自控制系统的信号，信号可以是模拟信号或数字信号。

这些信号用于指示电动机的运行模式、速度、方向等控制参数。

3. 信号处理：接收到信号后，电机驱动器将对信号进行处理，然后将处理后的信号传递给功率放大电路。

4. 功率放大：功率放大电路使用功率晶体管或功率模块将处理后的控制信号转换为电动机所需的高功率输出信号。

同时，电机驱动器还可以根据不同的运行需求进行电流、电压、频率等参数的调整。

5. 电机控制：根据接收到的控制信号，电机驱动器将控制信号转换为电动机的转动力矩，从而使电动机按照指定的参数进行运动。

同时，电机驱动器还可以根据实际运行情况对电机进行保护，例如过载保护、过热保护等。

总之，电机驱动器通过将输入信号转化为输出信号，并驱动电机运行，实现了对电机的精确控制。

它的工作原理主要基于电
源供电、信号输入、信号处理、功率放大和电机控制等关键步骤。

！！电动自行车控制器电路原理分析目前流行的电动自行车、电动摩托车大都使用直流电机，对直流电机调速的控制器有很多种类.电动车控制器核心是脉宽调制（PWM）器，而一款完善的控制器，还应具有电瓶欠压保护、电机过流保护、刹车断电、电量显示等功能。

电动车控制器以功率大小可分为大功率、中功率、小功率三类。

电动自行车使用小功率的,货运三轮车和电摩托要使用中功率和大功率的。

从配合电机分,可分为有刷、无刷两大类。

关于无刷控制器，受目前的技术和成本制约，损坏率较高。

笔者认为,无刷控制器维修应以生产厂商为主。

而应用较多的有刷控制器，是完全可以用同类控制器进行直接代换或维修的.本文分别介绍国内部分具有代表性的电动自行车控制器整机电路,并指出与其他产品的不同之处及其特点。

所列电路均是根据实物进行测绘所得，图中元件号为笔者所标。

通过介绍具体实例,达到举一反三的目的.1.有刷控制器实例（1)山东某牌带电量显示有刷控制器电路方框图见图1。

1)电路原理电路原理图见图2所示，该控制器由稳压电源电路、PWM 产生电路、电机驱动电路、蓄电池放电指示电路、电机过流及蓄电池过放电保护电路等组成。

稳压电源由V3(TL431),Q3等元件组成,从36V蓄电池经过串联稳压后得到+12V电压，给控制电路供电,调节VR6可校准+12V电源。

PWM电路以脉宽调制器TL494为核心组成。

R3、C4与内部电路产生振荡,频率大约为12kHz。

H是高变低型霍尔速度控制转把，由松开到旋紧时，其输出端可得到4V—1V的电压。

该电压加到TL494的②脚，与①脚电压进行比较，在⑧脚得到调宽脉冲。

②脚电压越低，⑧脚输出的调宽脉冲的低电平部分越宽，电机转速越高，电位器VR2用于零速调节，调节VR2使转把松开时电机停转再过一点。

电机驱动电路由Q1、Q2、Q4等元件组成。

电机MOTOR 为永磁直流有刷电机。

TL494的⑧脚输出的调宽脉冲,经Q1反相放大驱动VDMOS管Q2。

基于LMD18200的直流电机驱动电路设计——2012.05.08LMD18200 是美国国家半导体公司(NS)推出的专用于运动控制的H桥组件。

同一芯片上集成有CMOS 控制电路和DMOS 功率器件, 峰值输出电流高达6A ,连续输出电流达3A ,工作电压高达55V ,还具有温度报警和过热与短路保护功能。

主要应用于位置控制、速度控制、工业机器人和各种数控设备都需要直流电机和步进电机。

其功能如下：★连续输出电流3A，峰值电流6A,，工作电压高达55V;★可通过输入的PWM信号实现PWM控制；★可通过输入的方向控制信号实现转向控制；★可以接受TTL或CMOS以及它们兼容的输入控制信号；★可以实现直流电动机的双极型和单极型控制；★内设过热报警输出和自动关断保护电路；★内设防桥臂直通电路；★低导通电阻，典型值0.3欧LMD18200的原理图如下图所示。

其内部集成了四个DMOS管，组成一个标准的H型驱动桥。

通过充电泵电路为上桥臂的2个开关管提供栅极控制电压，充电泵电路由一个300kHz左右的振荡器控制，使充电泵电容可以充至14V左右，典型上升时间是20us，适于1KHz左右的频率。

可在引脚1、11外接电容形成第二个充电泵电路，外接电容越大，向开关管栅极输入的电容充电速度越快，电压上升的时间越短，工作频率可以更高。

引脚 2、10接直流电机电枢，正转时电流的方向应该从引脚2到引脚10，反转时电流的方向应该从引脚10到引脚2。

电流检测输出引脚8可以接一个对地电阻，通过电阻来检测输出过流情况。

内部保护电路设置的过电流阈值为10A，当超过该值时会自动封锁输出，并周期性的自动恢复输出。

如果过电流持续时间较长，过热保护将关闭整个输出。

过热信号还可通过引脚9输出，当结温达到145度时引脚9有输出信号。

LMD18200内部原理图基本工作原理1、PWM 信号类型LMD18200 可采用两种不同类型的PWM信号。

类型: PWM 信号中既包含方向信息又包含幅值信息, 50 %占空比的PWM 信号代表零电压。

马达驱动原理
马达是现代工业中广泛应用的一种电动机，其驱动原理是通过电流在磁场中产
生力矩，从而驱动机械运动。

马达的驱动原理涉及到电磁学、力学和电路等多个领域的知识，下面将从这些方面逐一介绍马达的驱动原理。

首先，从电磁学的角度来看，马达的驱动原理是基于洛伦兹力的作用。

当电流
通过导线时，会在导线周围产生磁场，而当导线处于外部磁场中时，导线中的电流会受到磁场力的作用。

根据右手定则，可以确定电流方向和受力方向的关系。

利用这一原理，可以设计出各种类型的电动机，包括直流电动机、交流电动机等。

其次，从力学的角度来看，马达的驱动原理是基于力和力矩的平衡。

在马达中，电流在磁场中产生力矩，从而驱动机械运动。

根据牛顿第二定律和力矩平衡条件，可以推导出马达的转矩和转速之间的关系。

这对于马达的设计和控制具有重要意义，可以实现不同转速和负载条件下的驱动要求。

最后，从电路的角度来看，马达的驱动原理涉及到电流控制和功率传递。

马达
通常需要外部电源提供电流，而电流的大小和方向又需要通过电路来控制。

通过合理设计电路结构和控制算法，可以实现对马达的精准控制，包括启动、加速、减速和停止等各种运动状态。

综上所述，马达的驱动原理涉及到电磁学、力学和电路等多个领域的知识，是
一个复杂而又精密的系统工程。

只有深入理解马达的驱动原理，才能更好地应用和控制马达，实现各种工业和民用设备的高效运行。

希望通过本文的介绍，读者能对马达的驱动原理有更深入的理解和认识。