mos電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)-電機(jī)控制器MOS的作用-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2019-03-04
mos電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路首先，單片機(jī)能夠輸出直流信號(hào)，但是它的驅(qū)動(dòng)才能也是有限的，所以單片機(jī)普通做驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)大的功率管如Mos管，來(lái)產(chǎn)生大電流從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)，且占空比大小能夠經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片控制加在電機(jī)上的均勻電壓到達(dá)轉(zhuǎn)速調(diào)理的目的。電機(jī)驅(qū)動(dòng)主要采用N溝道MOSFET構(gòu)建H橋驅(qū)動(dòng)電路，H 橋是一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路，由于它的電路外形酷似字母 H，故得名曰“H 橋”。4個(gè)開(kāi)關(guān)組成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是H中的橫杠。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必需使對(duì)角線(xiàn)上的一對(duì)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，經(jīng)過(guò)不同的電流方向來(lái)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，
實(shí)踐mos電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中通常要用硬件電路便當(dāng)?shù)乜刂崎_(kāi)關(guān)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)板主要采用兩種驅(qū)動(dòng)芯片，一種是全橋驅(qū)動(dòng)HIP4082，一種是半橋驅(qū)動(dòng)IR2104，半橋電路是兩個(gè)MOS管組成的振蕩，全橋電路是四個(gè)MOS管組成的振蕩。其中，IR2104型半橋驅(qū)動(dòng)芯片能夠驅(qū)動(dòng)高端和低端兩個(gè)N溝道MOSFET，能提供較大的柵極驅(qū)動(dòng)電流，并具有硬件死區(qū)、硬件防同臂導(dǎo)通等功用。運(yùn)用兩片IR2104型半橋驅(qū)動(dòng)芯片能夠組成完好的直流電機(jī)H橋式驅(qū)動(dòng)電路，而且IR2104價(jià)錢(qián)低廉，功用完善，輸出功率相對(duì)HIP4082較低，此計(jì)劃采用較多。
另外，由于驅(qū)動(dòng)電路可能會(huì)產(chǎn)生較大的回灌電流，為避免對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生影響，最好用隔離芯片隔離，隔離芯片選取有很多方式，如2801等，這些芯片常做控制總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器，作用是進(jìn)步驅(qū)動(dòng)才能，滿(mǎn)足一定條件后，輸出與輸入相同，可停止數(shù)據(jù)單向傳輸，即單片機(jī)信號(hào)能夠到驅(qū)動(dòng)芯片，反過(guò)來(lái)不行。
針對(duì)不同的電機(jī)，我們應(yīng)該選擇與之相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)。簡(jiǎn)單地來(lái)說(shuō)，功率大的電機(jī)應(yīng)該選用內(nèi)阻小、電流容許大的驅(qū)動(dòng)，功率小的電機(jī)就可以選用較低功率的驅(qū)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)較常規(guī)的方法是采用 PWM 控制。
通過(guò)mos電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)兩端電壓來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)，我們可以采用飛思卡爾半導(dǎo)體公司的集成橋式驅(qū)動(dòng)芯片 MC33886。MC33886 最大驅(qū)動(dòng)電流為 5A，導(dǎo)通電阻為 140 毫歐姆，PWM 頻率小于 10KHz，具有短路保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)等功能。體積小巧，使用簡(jiǎn)單，但由于是貼片的封裝，散熱面積比較小，長(zhǎng)時(shí)間大電流工作時(shí)，溫升較高，如果長(zhǎng)時(shí)間工作必須外加散熱器，而且 MC33886的工作內(nèi)阻比較大，又有高溫保護(hù)回路，使用不方便。
下面，著重介紹我們?cè)谄綍r(shí)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)最常用的驅(qū)動(dòng)電路。半橋驅(qū)動(dòng)芯片 BTS7960 搭成全橋驅(qū)動(dòng)。其驅(qū)動(dòng)電流約 43A，而其升級(jí)產(chǎn)品 BTS7970 驅(qū)動(dòng)電流能夠達(dá)到 70 幾安培！而且也有其可替代產(chǎn)品 BTN7970，它的驅(qū)動(dòng)電流最大也能達(dá)七十幾安！
其內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同如下：
每片芯片的內(nèi)部有兩個(gè) MOS 管，當(dāng) IN 輸入高電平時(shí)上邊的 MOS 管導(dǎo)通，常稱(chēng)為高邊 MOS 管，當(dāng) IN 輸入低電平時(shí)，下邊的 MOS 管導(dǎo)通，常稱(chēng)為低邊 MOS管；當(dāng) INH 為高電平時(shí)使能整個(gè)芯片，芯片工作；當(dāng) INH 為低電平時(shí)，芯片不工作。
其典型運(yùn)用電路圖如下圖所示：
INH一般使用時(shí),我們直接接高電平，使整個(gè)電路始終處于工作狀態(tài)。
下面就是怎么樣用該電路使得電機(jī)正反轉(zhuǎn)？假如當(dāng)PWM1端輸入PWM波，PWM2端置0,電機(jī)正轉(zhuǎn)；那么當(dāng) PWM1端為0,PWM2端輸入PWM 波時(shí)電機(jī)將反轉(zhuǎn)！使用此方法需要兩路PWM信號(hào)來(lái)控制一個(gè)電機(jī)！其實(shí)可以只用一路 PWM 接 PWM1 端，另外 PWM2 端可以接在 IO 端口上，用于控制方向！假如 PWM2=0，PWM1 輸入信號(hào)時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)；那么當(dāng) PWM2=1是，PWM1 輸入信號(hào)電機(jī)反轉(zhuǎn)（必須注意：此時(shí)PWM信號(hào)輸入的是其對(duì)應(yīng)的負(fù)占空比）！
以上的電路，對(duì)于普通功率的底盤(pán)，其驅(qū)動(dòng)電流已經(jīng)能夠滿(mǎn)足，但是對(duì)于更大功率的底盤(pán)，可能有點(diǎn)吃力。尤其是當(dāng)我們加的底盤(pán)在不停的加減速時(shí)，這就需要電機(jī)不停的正反轉(zhuǎn)，此時(shí)的電流很大，還用以上的驅(qū)動(dòng)電路，芯片會(huì)很燙！！這個(gè)時(shí)候就需要我們自己用 MOSFET 和柵極驅(qū)動(dòng)芯片自己設(shè)計(jì) H 橋！
用這個(gè)方法電路非常簡(jiǎn)單，控制只需要一路PWM，在管子上消耗的電能也比較少，可以有效地避免多片MC33886 并聯(lián)時(shí)由于芯片分散性導(dǎo)致的驅(qū)動(dòng)芯片某些片發(fā)熱某些不發(fā)熱的現(xiàn)象。但是缺點(diǎn)是不能控制電機(jī)的電流方向，在小車(chē)的剎車(chē)的性能的提升上明顯有弱勢(shì)，而且電流允許值也比較小。
當(dāng)我們按照下圖接線(xiàn)時(shí)，也就是兩路PWM輸入組成H橋，則可以通過(guò)控制PWM1和PWM2的相對(duì)大小控制電流的方向，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。
功率mos在電動(dòng)車(chē)控制器中的作用非常重要就不多說(shuō)了，簡(jiǎn)單來(lái)講mos的輸出電流就是用來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電流輸出越大（為了防止過(guò)流燒壞mos，控制器有做限流保護(hù)），電機(jī)扭矩就強(qiáng)，加速就有力（電機(jī)磁飽和前扭矩和相電流成正比）。
mos在控制器電路中的工作狀態(tài)。開(kāi)通過(guò)程（由截止到導(dǎo)通的過(guò)渡過(guò)程），導(dǎo)通狀態(tài)，關(guān)斷過(guò)程（由導(dǎo)通到截止的過(guò)渡過(guò)程），截止?fàn)顟B(tài)，還有一非正常狀態(tài)，擊穿狀態(tài)（小能量電流脈沖往往是可恢復(fù)擊穿，即mos不會(huì)損壞）。
Mos主要損耗也對(duì)應(yīng)這幾個(gè)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)損耗（開(kāi)通過(guò)程和關(guān)斷過(guò)程），導(dǎo)通損耗，截止損耗（漏電流引起的，這個(gè)忽略不計(jì)），還有雪崩能量損耗。只要把這些損耗控制在mos承受規(guī)格之內(nèi)，mos即會(huì)正常工作，超出承受范圍，即發(fā)生損壞。而開(kāi)關(guān)損耗往往大于導(dǎo)
通狀態(tài)損耗（不同mos這個(gè)差距可能很大），尤其是pwm沒(méi)完全打開(kāi)，處于脈寬調(diào)制狀態(tài)時(shí)（對(duì)應(yīng)電動(dòng)車(chē)的起步加速狀態(tài)），而最高急速狀態(tài)往往是導(dǎo)通損耗為主。
Mos損壞主要原因：過(guò)流，大電流引起的高溫?fù)p壞（分持續(xù)大電流和瞬間超大電流脈沖導(dǎo)致結(jié)溫超過(guò)承受值）；過(guò)壓，源漏級(jí)大于擊穿電壓而擊穿；柵極擊穿，一般由于柵極電壓受外界或驅(qū)動(dòng)電路損壞超過(guò)允許最高電壓（柵極電壓一般需低于20v安全）以及靜電損壞。
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