直流小功率电机广泛适用于家电、工控、计算机等诸多设备，直流电机的种类也非常多，通常可以分为有刷和无刷两大类。电机的驱动器件和驱动电路也非常成熟和多样。本文主要以常见的几种驱动方式和器件为例，重点阐述了各种驱动电路设计的重点和要点。
1 直流有刷电机驱动器
1.1 采用 DRV8800 集成驱动电路图如图 1 所示：
图 1：DRV8800 电机驱动电路
DRV8800 为全桥有刷直流电机驱动器，具有低压保护、过流保护、电机引线对电源短路保护、电机引线对地短路保护等功能，并支持同步整流方式。电机的转向控制通过 PHASE 引脚进行。
在实际运用中，图中 D1 器件 PMF12CA 是进行反电动势的泻放。本电路对电机的速度控制并非传统的 PWM 的占空比控制，而是通过对 ENABLE 引脚的控制得到有效转速。ENABLE 引脚置低后，电机进入刹车模式，这样做的好处是提高了电机的制动性能，可以使电机快速制动，提高控制精度。其控制逻辑真值表如表一所示。
表 1：DRV8800 控制逻辑表
1.2 有刷电机 H 桥驱动电路如图 2 所示
图 2：有刷电机 H 桥驱动电路
在分立电路中，有刷直流电机转向切换必须通过 H 桥电路，通过改变流入电机的电流方向从而改变电机转向；电机的转速调节通过调节 PWM 的占空比实现，并要注意防止上下管直通。
注意：
1）电路图中 1N4148 的作用是在高速状态加快栅极驱动的关断速度；
2）确保 MOS 管在未驱动的状态下保持关闭。
3）自举升压电容的选择根据 PWM 的频率来决定，一般为 1UF，2.2UF。
4）MIC4605 具有防止直通，内置死区的功能。
2 直流无刷电机驱动器
2.1 高速单相直流无刷电机原理图（hall 方式）
由于 FD2503 驱动器的特性以及实际的工作需求，FD2503 只需一路输入便可以产生两路输出。时序图如下：
设计要点和注意事项
1)图中 1N4148 的作用是在高速状态加快栅极驱动的关断速度；
2)1N5819 防止自举升压对 12V 电源的产生影响。
3)高速电机工作峰值电流最大达 60A，一般采样电阻难以承受，故电流采样采用康铜丝进行。
4)由于高速单相无刷直流电机最高速的可达 10 万 RPM，故会产生很大的反电动势，故使用两颗 1000uf 的电容对反电动势进行吸收。并注意电容耐压值，一般需留出 2 倍余量。
5)大电容的容值选择由根据实际情况确定，并非越大越好。
6)功率地要加隔离。
7)确保 MOS 管在未驱动的状态下保持关闭。
8)虽然通过 HALL 传感器可以获得电机的位置信息，但是在启动时仍需通过强制启动的方式启动电机，启动成功后再切换到 HALL 方式。
电源部分注意事项：
1）由于高速电机反电动势过大，所以电源电压进入稳压前进行隔离，减少干扰。
2）对电机母线电压与电源电压通过 MOS 管进行隔离，也是为了防止反电动势的影响。
3）调试中发现，若不进行隔离措施，HALL 信号将会出现很大干扰，造成位置信息判断不准，电机运行异常。
4）注意电容耐压值，由于反电动势的存在，一般需要留出 3 倍余量。
Hall 信号检测部分注意事项：
1）高速电机的换相信息通过 Hall 传感器提供。
2）Hall 的电源与信号要远离大电流部分，防止受到干扰，影响电机运行。
3）Hall 信号稳定性与准确性，关系电机运行电流大小与稳定性，影响电机运行最终速度。
2.2 直流无刷电机（三相）
设计注意事项：
1）由于反电动势，电源电压在稳压之前必须进行隔离，以保证后级电压的稳定性。
2）母线电压需要添加大电解电容，用来吸收电机的反电动势。功率地要加隔离。
3）注意电容耐压值，由于反电动势的存在，一般需要留出 3 倍余量。
驱动桥注意事项：
1）图中 1N4148 的作用是在高速状态加快栅极驱动的关断速度；
2）1N5819 防止自举升压对 9V 电源的产生影响。
3）驱动的输入下拉到地，确保 MOS 管在未驱动的状态下保持关闭。
4）设置 PWM 的死区，防止上下臂直通。
5）自举升压保证上臂的有效打开。
6）驱动方式上可分为上臂 PWM 下臂常开和同步整流方式，其中同步整流方式通过改变续流路径，发热小，响应快。
7）自举升压电容的选择根据 PWM 的频率来决定，一般为 1UF，2.2UF。
设计注意事项：
1）无感驱动无刷直流电机需要反电动势检测电路监测电机反电动势，并通过判断的到电机的位置信息。电机需先要运行到一定速度才可检测出反电动势信息。
2）本电路提供虚拟出三相电机中点并对三相相电压进行缩放，使获得的过零点信息与实际相一致。
3）分压网络电阻选择高精度的，以保证过零点检测的准确性。 |
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