利用電流調節優化直流電機驅動IC

通常，在啟動直流電機時，電機驅動IC和電源會受到大電流的負擔。本文以單片電源系統（MPS）為例，探討了集成到無數電機驅動IC中的電流調節功能，以解決高電流條件。在許多情況下，使用電流調節可以使設計人員使用更小的電機驅動IC。

為了簡化，所有示例都使用有刷直流電機，但此處描述的過程也可以應用于無刷直流（BLDC）電機系統。

直流電機基礎知識

在討論電流限制和調節之前，重要的是要考慮直流電機的工作原理。

最簡單的是，直流電機可以建模為與電阻器串聯的電壓，稱為背電動勢（EMF）。圖1顯示了此設置。反電動勢是電機產生的電壓，它與電機轉速成正比。串聯電阻就是繞組的直流電阻。

圖1-直流電機的電氣模型包括電源，串聯電阻和反電動勢

扭矩，即電機產生的旋轉力，是在電流流過電機時產生的。

如果沒有機械負載施加到電機上，并且對電機施加電壓（VSRC），則電機旋轉并加速，直到反電動勢（VBEMF）上升到與VSRC相同的水平。此時，沒有電流流。

當扭矩施加到軸上時，電機減速，導致VBEMF降低，同時在VSRC和VBEMF之間產生電壓差。這種電壓差產生從源頭流出的電流（（VSRC − VBEMF）/RS）。

請注意，這是一個簡化的理想近似值。實際上，有損耗，一些電流總是從源頭流出。

啟動電機

當電機停止時，VBEMF為0 V.圖1顯示，當您第一次向電機施加電壓時，電流僅受電機串聯電阻的限制。該電阻通常非常小，這導致大電流，直到電機開始旋轉。電流通常遠大于電機的額定連續電流。圖2顯示了一個小型直流電機，下表顯示了電機的規格。

圖2-為了簡化,使用小型直流電機測量連續電流

下表列出了1.25A時的額定連續電流，該電流對應于最大允許的連續轉矩負載。有了這個值，人們可能會認為電機驅動IC只需要支持1.25A的最大電流。

但是，失速電流（電機停止時在標稱電壓下通過電機的電流）為3.3A。這意味著電機驅動IC必須能夠驅動失速電流以使電機旋轉，或者提供電流限制以軟啟動電機。否則，電機驅動IC可能會激活過流保護（OCP）功能。不提供OCP的設備可能會損壞。

此外，啟動電機所需的大電流必須具有能夠支持這種高電流的電源。在電池供電的系統中，即使電池壽命有限，也會通過吸收高電流脈沖來縮短電池壽命，因此在電機啟動時限制電流是有益的。

使用H橋控制直流電機

對于此擴展，我們將使用PWM擴展來控制電機。為此，我們將使用H橋芯片，并通過PWM擴展向其發送適當的控制信號，然后H橋將負責運行電機。在此過程中，我們將確切地了解H-Bridges的工作原理，并創建更多利用我們以前創建的課程的課程。為了擴展這一點，我們將連接三個開關并對Omega進行編程，以根據其位置控制電機的速度和方向。

如果您需要進一步了解PWM（或脈寬調制）的工作原理，可以在第一個調光LED說明中找到解釋。

直流電機的工作原理

作為所有電機中最簡單的電機，當直流電壓施加在其上時，直流電機會轉動。這種電機可以在無人機，電動工具和機器人中找到。直流電機可以根據饋送的功率和方向改變方向。

直流電動機利用電磁鐵產生的磁場來轉動電動機的電樞。電磁鐵通過施加電壓被激活，因此當電源打開時，它產生的磁場將導致電樞（線圈導線）產生自己的納格曼場，這些場相互推開并導致電樞旋轉。

為了讓電機以另一種方式旋轉，我們需要反轉施加的電壓，這意味著通過電機的電流將被反轉。不幸的是，從像Omega這樣的控制器切換電流方向是很困難的。處理器使用低電流和低電壓，而且它們通常與電機斷開連接，以防止電感反饋干擾其操作。

要是有某種設備可以幫助我們控制直流電機的電源就好了......

請注意，將電流施加到兩個端子上可能會對電機造成損壞。

H橋的工作原理

H橋是一種允許在負載上沿任一方向施加電壓的電路。電流從源頭流向地，許多元件需要根據電流的方向定向才能按預期工作。H橋是為改變電壓方向而構建的電路，從而改變流向負載的電流。

在電氣術語中，負載是電路中消耗電能來做事的任何部分 - 加熱，轉動，點亮等。

H橋由四個開關組成：兩個串聯，兩個并聯，負載放置在開關之間。在這種配置中，電路采用“H”形。

為了改變所供電電壓的方向，H橋控制向負載供電的開關?？匆幌聢D，如果我們關閉并保持其余部分打開，電壓將從左到右施加到電機上。如果 和 關閉而其他關閉，則電壓將從右向左施加。S1 S1 S4 S2 S3

這種配置有可能產生短路，因此大多數H橋不允許直接控制這些開關。

典型應用

H橋電路的一些典型應用： *通過使用PWM信號控制H橋，從直流源構建AC（交流電）。這是一個稱為冪反轉的過程。*提供反向直流電機電流的能力，允許在任一方向上旋轉。

此外，H橋允許獨立于控制它們的控制信號為負載供電，從而提供電路隔離。

PWM信號操作電機的方式是快速打開和關閉電源。通常，這可以完成將PWM信號發送到晶體管，并使晶體管開關電源。通過改變PWM信號的脈寬，可以控制電機的速度。H橋可以取代晶體管，并通過允許輕松改變電流方向來增加功能。我們仍然向H橋發送脈動信號以控制速度，除了現在我們可以通過改變哪些開關是打開的來切換電流的方向。

在我們的電路中，我們將使用H橋集成電路芯片，因此我們不需要自己連接內部，并防止如果我們直接控制這些開關可能出現的短路。

                                                                                                                                                        侵權必刪

                                                                                                                           Please let us know if there is any infringement