利用电流调节优化直流电机驱动IC

通常，在启动直流电机时，电机驱动IC和电源会受到大电流的负担。本文以单片电源系统（MPS）为例，探讨了集成到无数电机驱动IC中的电流调节功能，以解决高电流条件。在许多情况下，使用电流调节可以使设计人员使用更小的电机驱动IC。

为了简化，所有示例都使用有刷直流电机，但此处描述的过程也可以应用于无刷直流（BLDC）电机系统。

直流电机基础知识

在讨论电流限制和调节之前，重要的是要考虑直流电机的工作原理。

最简单的是，直流电机可以建模为与电阻器串联的电压，称为背电动势（EMF）。图1显示了此设置。反电动势是电机产生的电压，它与电机转速成正比。串联电阻就是绕组的直流电阻。

图1-直流电机的电气模型包括电源，串联电阻和反电动势

扭矩，即电机产生的旋转力，是在电流流过电机时产生的。

如果没有机械负载施加到电机上，并且对电机施加电压（VSRC），则电机旋转并加速，直到反电动势（VBEMF）上升到与VSRC相同的水平。此时，没有电流流。

当扭矩施加到轴上时，电机减速，导致VBEMF降低，同时在VSRC和VBEMF之间产生电压差。这种电压差产生从源头流出的电流（（VSRC − VBEMF）/RS）。

请注意，这是一个简化的理想近似值。实际上，有损耗，一些电流总是从源头流出。

启动电机

当电机停止时，VBEMF为0 V.图1显示，当您第一次向电机施加电压时，电流仅受电机串联电阻的限制。该电阻通常非常小，这导致大电流，直到电机开始旋转。电流通常远大于电机的额定连续电流。图2显示了一个小型直流电机，下表显示了电机的规格。

图2-为了简化,使用小型直流电机测量连续电流

下表列出了1.25A时的额定连续电流，该电流对应于最大允许的连续转矩负载。有了这个值，人们可能会认为电机驱动IC只需要支持1.25A的最大电流。

但是，失速电流（电机停止时在标称电压下通过电机的电流）为3.3A。这意味着电机驱动IC必须能够驱动失速电流以使电机旋转，或者提供电流限制以软启动电机。否则，电机驱动IC可能会激活过流保护（OCP）功能。不提供OCP的设备可能会损坏。

此外，启动电机所需的大电流必须具有能够支持这种高电流的电源。在电池供电的系统中，即使电池寿命有限，也会通过吸收高电流脉冲来缩短电池寿命，因此在电机启动时限制电流是有益的。

使用H桥控制直流电机

对于此扩展，我们将使用PWM扩展来控制电机。为此，我们将使用H桥芯片，并通过PWM扩展向其发送适当的控制信号，然后H桥将负责运行电机。在此过程中，我们将确切地了解H-Bridges的工作原理，并创建更多利用我们以前创建的课程的课程。为了扩展这一点，我们将连接三个开关并对Omega进行编程，以根据其位置控制电机的速度和方向。

如果您需要进一步了解PWM（或脉宽调制）的工作原理，可以在第一个调光LED说明中找到解释。

直流电机的工作原理

作为所有电机中最简单的电机，当直流电压施加在其上时，直流电机会转动。这种电机可以在无人机，电动工具和机器人中找到。直流电机可以根据馈送的功率和方向改变方向。

直流电动机利用电磁铁产生的磁场来转动电动机的电枢。电磁铁通过施加电压被激活，因此当电源打开时，它产生的磁场将导致电枢（线圈导线）产生自己的纳格曼场，这些场相互推开并导致电枢旋转。

为了让电机以另一种方式旋转，我们需要反转施加的电压，这意味着通过电机的电流将被反转。不幸的是，从像Omega这样的控制器切换电流方向是很困难的。处理器使用低电流和低电压，而且它们通常与电机断开连接，以防止电感反馈干扰其操作。

要是有某种设备可以帮助我们控制直流电机的电源就好了......

请注意，将电流施加到两个端子上可能会对电机造成损坏。

H桥的工作原理

H桥是一种允许在负载上沿任一方向施加电压的电路。电流从源头流向地，许多元件需要根据电流的方向定向才能按预期工作。H桥是为改变电压方向而构建的电路，从而改变流向负载的电流。

在电气术语中，负载是电路中消耗电能来做事的任何部分 - 加热，转动，点亮等。

H桥由四个开关组成：两个串联，两个并联，负载放置在开关之间。在这种配置中，电路采用“H”形。

为了改变所供电电压的方向，H桥控制向负载供电的开关。看一下图，如果我们关闭并保持其余部分打开，电压将从左到右施加到电机上。如果 和 关闭而其他关闭，则电压将从右向左施加。S1 S1 S4 S2 S3

这种配置有可能产生短路，因此大多数H桥不允许直接控制这些开关。

典型应用

H桥电路的一些典型应用： *通过使用PWM信号控制H桥，从直流源构建AC（交流电）。这是一个称为幂反转的过程。*提供反向直流电机电流的能力，允许在任一方向上旋转。

此外，H桥允许独立于控制它们的控制信号为负载供电，从而提供电路隔离。

PWM信号操作电机的方式是快速打开和关闭电源。通常，这可以完成将PWM信号发送到晶体管，并使晶体管开关电源。通过改变PWM信号的脉宽，可以控制电机的速度。H桥可以取代晶体管，并通过允许轻松改变电流方向来增加功能。我们仍然向H桥发送脉动信号以控制速度，除了现在我们可以通过改变哪些开关是打开的来切换电流的方向。

在我们的电路中，我们将使用H桥集成电路芯片，因此我们不需要自己连接内部，并防止如果我们直接控制这些开关可能出现的短路。

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