直流电机驱动控制电路_NMosfet
直流电机驱动控制电路_NMosfet
1 引言长期以来，直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。
特别随着计算机在控制领域，高开关频率、全控型第二代电力半导体器件(GTR、GTO、MOSFET、IGBT等)的发展，以及脉宽调制(PWM)直流调速技术的应用，直流电机得到广泛应用。
为适应小型直流电机的使用需求，各半导体厂商推出了直流电机控制专用集成电路，构成基于微处理器控制的直流电机伺服系统。
但是，专用集成电路构成的直流电机驱动器的输出功率有限，不适合大功率直流电机驱动需求。
因此采用N沟道增强型场效应管构建H桥，实现大功率直流电机驱动控制。
该驱动电路能够满足各种类型直流电机需求，并具有快速、精确、高效、低功耗等特点，可直接与微处理器接口，可应用PWM技术实现直流电机调速控制。
2 直流电机驱动控制电路总体结构直流电机驱动控制电路分为光电隔离电路、电机驱动逻辑电路、驱动信号放大电路、电荷泵电路、H桥功率驱动电路等四部分，其电路框图如图一由图可以看出，电机驱动控制电路的外围接口简单。
其主要控制信号有电机运转方向信号Dir电机调速信号PWM及电机制动信号Brake，Vcc为驱动逻辑电路部分提供电源，Vm为电机电源电压，M+、M-为直流电机接口。
在大功率驱动系统中，将驱动回路与控制回路电气隔离，减少驱动控制电路对外部控制电路的干扰。
隔离后的控制信号经电机驱动逻辑电路产生电机逻辑控制信号，分别控制H桥的上下臂。
由于H桥由大功率N沟道增强型场效应管构成，不能由电机逻辑控制信号直接驱动，必须经驱动信号放大电路和电荷泵电路对控制信号进行放大，然后驱动H桥功率驱动电路来驱动直流电机。
3 H桥功率驱动原理直流电机驱动使用最广泛的就是H型全桥式电路，这种驱动电路方便地实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。
H桥功率驱动原理图如图2所示。
H型全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态。
图文讲解电机控制器中的MOS驱动
导读三相直流无刷电机由于其可靠性高、免维护的特点，逐渐取代有刷电机，成为汽车风机、水泵、油泵的首选动力来源。
在设计电机控制器时，不能直接使用通用MCU的IO引脚驱动功率MOS，此时预驱芯片是最优选择。
一、引言通用MCU或DSP的IO电压通常是5V\3.3V，IO的电流输出能力在20MA 以下，不足以直接驱动功率MOSFET。
所以使用通用MCU或DSP来设计电机驱动器时，通常需要搭配外部的MOSFET驱动器，我们称之为“预驱”。
在设计汽车风机、水泵、油泵等电机驱动控制器时，使用车规MCU+车规预驱+车规N沟道功率MOSFET，可以适配不同功率、各种通信方式和各种驱动方式。
二、控制器中的功率MOS驱动图1 直流无刷电机驱动电路如图，三相直流无刷电机（包括BLDC和PMSM）功率级驱动电路使用6个N沟道功率MOS构成三相全桥，分为三个连接到电源正极（VBus）的高边MOS和三个连接到电源负极的低边MOS。
控制器通过控制六个MOS的通断，完成换相，使电机按照预期转动。
电机在运转过程中可能会遇到堵转而导致过流，因此MOS驱动电路需要具有保护功能，以防止烧坏控制器或电机。
对于单个NMOS来说，在开通时，需要提供瞬间大电流向MOS内的寄生电容充电，栅源电压（VGS）达到一定阈值后，MOS才能完全开通。
在MOS开通后，还需要维持合适的栅源电压（VGS），才可以保持开通状态。
对于低边MOS，其源极（S）接到电源负极，栅源电压容易满足，驱动较简单。
对于高边MOS，其源极（S）接到电机相线，其电压是不确定的，如果需要开通，需要通过自举电路提供栅极电压，驱动较复杂。
图2 VGS与RDSON的关系一般情况下，MOS的导通内阻都如图2所示，随着VGS的增大而降低，但VGS大于10V之后，下降曲线变得平缓。
为了达到最小的导通电阻(RDSON)，VGS的取值通常为10~15V。
三、车规预驱——MPQ6531MPQ6531是MPS推出的一款专门用于汽车三相直流无刷电机控制器的预驱，符合AEC-Q100 Grade 1，输入电压为5-60V，可以满足12V/24V 汽车电气系统下的需求。
nmosfet工作电路buck驱动
N 沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管（N-MOSFET）是一种常用的场效应晶体管（FET），常见于电路中用于开关和放大信号。
Buck转换器是一种常见的直流-直流（DC-DC）转换器，用于将输入电压转换为较低的输出电压。
在Buck转换器中，N-MOSFET通常用于驱动开关管以实现电压降低。
本文将介绍N-MOSFET工作电路在Buck驱动中的应用。
1. N-MOSFET简介N-MOSFET是一种三端器件，包括栅极、漏极和源极。
当栅极和源极之间的电压大于阈值电压时，N-MOSFET处于导通状态，漏极和源极之间形成导通路径。
N-MOSFET的导通状态主要取决于栅极和源极之间的电压，因此可以通过控制栅极电压来控制N-MOSFET的导通状态。
2. Buck转换器Buck转换器是一种降压转换器，常用于将高电压转换为低电压。
其基本原理是通过周期性地开关N-MOSFET来调节输入电压，以实现稳定的输出电压。
Buck转换器通常包括输入滤波电感、开关管（N-MOSFET）、输出电容等元件，并通过PWM控制电路来控制开关管的导通时间，从而实现输出电压的稳定调节。
3. N-MOSFET在Buck转换器中的工作原理在Buck转换器中，N-MOSFET用作开关管，负责调节输入电压。
当PWM控制信号为高电平时，N-MOSFET导通，输入电压通过N-MOSFET导通路径到达电感和负载；当PWM控制信号为低电平时，N-MOSFET截止，电感中积累的能量通过输出电容和负载消耗。
通过控制PWM信号的占空比，可以实现对输出电压的精确调节。
4. N-MOSFET的驱动电路N-MOSFET的驱动电路通常包括驱动芯片、电流采样电阻、栅极电容、栅极电阻等元件。
驱动芯片负责产生PWM控制信号，栅极电容和栅极电阻用于减小开关过程中的功率损耗，电流采样电阻用于监测N-MOSFET的电流，从而确保N-MOSFET处于安全工作状态。
5. N-MOSFET的选型在选择N-MOSFET时，需要考虑其静态工作特性、动态开关特性、功率损耗、尺寸封装、成本等因素。
详细讲解MOSFET管驱动电路
详细讲解M O S F E T管驱动电路在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候,大部分人都会考虑MOS的导通电阻,最大电压等,最大电流等,也有很多人仅仅考虑这些因素;这样的电路也许是可以工作的,但并不是优秀的,作为正式的产品设计也是不允许的;下面是我对MOSFET及MOSFET驱动电路基础的一点总结,其中参考了一些资料,非全部原创;包括MOS管的介绍,特性,驱动以及应用电路;1,MOS管种类和结构MOSFET管是FET的一种另一种是JFET,可以被制造成增强型或耗尽型,P沟道或N沟道共4种类型,但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是这两种;至于为什么不使用耗尽型的MOS管,不建议刨根问底;对于这两种增强型MOS管,比较常用的是NMOS;原因是导通电阻小,且容易制造;所以开关电源和马达驱动的应用中,一般都用NMOS;下面的介绍中,也多以NMOS 为主;MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在,这不是我们需要的,而是由于制造工艺限制产生的;寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些,但没有办法避免,后边再详细介绍;在MOS管原理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管;这个叫体二极管,在驱动感性负载如马达,这个二极管很重要;顺便说一句,体二极管只在单个的MOS管中存在,在集成电路芯片内部通常是没有的;2,MOS管导通特性导通的意思是作为开关,相当于开关闭合;NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况低端驱动,只要栅极电压达到4V或10V就可以了;PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况高端驱动;但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS;3,MOS开关管损失不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,这样电流就会在这个电阻上消耗能量,这部分消耗的能量叫做导通损耗;选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗;现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右,几毫欧的也有;MOS在导通和截止的时候,一定不是在瞬间完成的;MOS两端的电压有一个下降的过程,流过的电流有一个上升的过程,在这段时间内,MOS管的损失是电压和电流的乘积,叫做开关损失;通常开关损失比导通损失大得多,而且开关频率越快,损失也越大;导通瞬间电压和电流的乘积很大,造成的损失也就很大;缩短开关时间,可以减小每次导通时的损失；降低开关频率,可以减小单位时间内的开关次数;这两种办法都可以减小开关损失;4,MOS管驱动跟双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了;这个很容易做到,但是,我们还需要速度;在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电;对电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大;选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小;第二注意的是,普遍用于高端驱动的NMOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压;而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压VCC相同,所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V;如果在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了;很多马达驱动器都集成了电荷泵,要注意的是应该选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管;上边说的4V或10V是常用的MOS管的导通电压,设计时当然需要有一定的余量;而且电压越高,导通速度越快,导通电阻也越小;现在也有导通电压更小的MOS管用在不同的领域里,但在12V汽车电子系统里,一般4V导通就够用了;MOS管的驱动电路及其损失,可以参考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs;讲述得很详细,所以不打算多写了;5,MOS管应用电路MOS管最显着的特性是开关特性好,所以被广泛应用在需要电子开关的电路中,常见的如开关电源和马达驱动,也有照明调光;现在的MOS驱动,有几个特别的需求,1,低压应用当使用5V电源,这时候如果使用传统的图腾柱结构,由于三极管的be有左右的压降,导致实际最终加在gate上的电压只有;这时候,我们选用标称gate电压的MOS管就存在一定的风险;同样的问题也发生在使用3V或者其他低压电源的场合;2,宽电压应用输入电压并不是一个固定值,它会随着时间或者其他因素而变动;这个变动导致PWM电路提供给MOS管的驱动电压是不稳定的;为了让MOS管在高gate电压下安全,很多MOS管内置了稳压管强行限制gate电压的幅值;在这种情况下,当提供的驱动电压超过稳压管的电压,就会引起较大的静态功耗;同时,如果简单的用电阻分压的原理降低gate电压,就会出现输入电压比较高的时候,MOS管工作良好,而输入电压降低的时候gate电压不足,引起导通不够彻底,从而增加功耗;3,双电压应用在一些控制电路中,逻辑部分使用典型的5V或者数字电压,而功率部分使用12V甚至更高的电压;两个电压采用共地方式连接;这就提出一个要求,需要使用一个电路,让低压侧能够有效的控制高压侧的MOS管,同时高压侧的MOS管也同样会面对1和2中提到的问题;在这三种情况下,图腾柱结构无法满足输出要求,而很多现成的MOS驱动IC,似乎也没有包含gate电压限制的结构;于是我设计了一个相对通用的电路来满足这三种需求;电路图如下：图1 用于NMOS的驱动电路图2 用于PMOS的驱动电路这里我只针对NMOS驱动电路做一个简单分析：Vl和Vh分别是低端和高端的电源,两个电压可以是相同的,但是Vl不应该超过Vh;Q1和Q2组成了一个反置的图腾柱,用来实现隔离,同时确保两只驱动管Q3和Q4不会同时导通;R2和R3提供了aPWM电压基准,通过改变这个基准,可以让电路工作在PWM信号波形比较陡直的位置;Q3和Q4用来提供驱动电流,由于导通的时候,Q3和Q4相对Vh和GND最低都只有一个Vce的压降,这个压降通常只有左右,大大低于的Vce;R5和R6是反馈电阻,用于对gate电压进行采样,采样后的电压通过Q5对Q1和Q2的基极产生一个强烈的负反馈,从而把gate电压限制在一个有限的数值;这个数值可以通过R5和R6来调节;最后,R1提供了对Q3和Q4的基极电流限制,R4提供了对MOS管的gate电流限制,也就是Q3和Q4的Ice的限制;必要的时候可以在R4上面并联加速电容;这个电路提供了如下的特性：1,用低端电压和PWM驱动高端MOS管;2,用小幅度的PWM信号驱动高gate电压需求的MOS管;3,gate电压的峰值限制4,输入和输出的电流限制5,通过使用合适的电阻,可以达到很低的功耗;6,PWM信号反相;NMOS并不需要这个特性,可以通过前置一个反相器来解决;在设计便携式设备和无线产品时,提高产品性能、延长电池工作时间是设计人员需要面对的两个问题;DC-DC转换器具有效率高、输出电流大、静态电流小等优点,非常适用于为便携式设备供电;目前DC-DC转换器设计技术发展主要趋势有：1高频化技术：随着开关频率的提高,开关变换器的体积也随之减小,功率密度也得到大幅提升,动态响应得到改善;小功率DC-DC转换器的开关频率将上升到兆赫级;2低输出电压技术：随着半导体制造技术的不断发展,微处理器和便携式电子设备的工作电压越来越低,这就要求未来的DC-DC变换器能够提供低输出电压以适应微处理器和便携式电子设备的要求;这些技术的发展对电源芯片电路的设计提出了更高的要求;首先,随着开关频率的不断提高,对于开关元件的性能提出了很高的要求,同时必须具有相应的开关元件驱动电路以保证开关元件在高达兆赫级的开关频率下正常工作;其次,对于电池供电的便携式电子设备来说,电路的工作电压低以锂电池为例,工作电压～,因此,电源芯片的工作电压较低;MOS管具有很低的导通电阻,消耗能量较低,在目前流行的高效DC－DC芯片中多采用MOS管作为功率开关;但是由于MOS管的寄生电容大,一般情况下NMOS开关管的栅极电容高达几十皮法;这对于设计高工作频率DC－DC转换器开关管驱动电路的设计提出了更高的要求;在低电压ULSI设计中有多种CMOS、BiCMOS采用自举升压结构的逻辑电路和作为大容性负载的驱动电路;这些电路能够在低于1V电压供电条件下正常工作,并且能够在负载电容1～2pF的条件下工作频率能够达到几十兆甚至上百兆赫兹;本文正是采用了自举升压电路,设计了一种具有大负载电容驱动能力的,适合于低电压、高开关频率升压型DC－DC转换器的驱动电路;电路基于Samsung AHP615 BiCMOS工艺设计并经过Hspice仿真验证,在供电电压,负载电容为60pF时,工作频率能够达到5MHz以上;自举升压电路自举升压电路的原理图如图1所示;所谓的自举升压原理就是,在输入端IN 输入一个方波信号,利用电容Cboot将A点电压抬升至高于VDD的电平,这样就可以在B端输出一个与输入信号反相,且高电平高于VDD的方波信号;具体工作原理如下;当VIN为高电平时,NMOS管N1导通,PMOS管P1截止,C点电位为低电平;同时N2导通,P2的栅极电位为低电平,则P2导通;这就使得此时A点电位约为VDD,电容Cboot两端电压UC≈VDD;由于N3导通,P4截止,所以B点的电位为低电平;这段时间称为预充电周期;当VIN变为低电平时,NMOS管N1截止,PMOS管P1导通,C点电位为高电平,约为VDD;同时N2、N3截止,P3导通;这使得P2的栅极电位升高,P2截止;此时A 点电位等于C点电位加上电容Cboot两端电压,约为2VDD;而且P4导通,因此B点输出高电平,且高于VDD;这段时间称为自举升压周期;实际上,B点电位与负载电容和电容Cboot的大小有关,可以根据设计需要调整;具体关系将在介绍电路具体设计时详细讨论;在图2中给出了输入端IN电位与A、B两点电位关系的示意图;驱动电路结构图3中给出了驱动电路的电路图;驱动电路采用Totem输出结构设计,上拉驱动管为NMOS管N4、晶体管Q1和PMOS管P5;下拉驱动管为NMOS管N5;图中CL为负载电容,Cpar为B点的寄生电容;虚线框内的电路为自举升压电路;本驱动电路的设计思想是,利用自举升压结构将上拉驱动管N4的栅极B点电位抬升,使得UB>VDD+VTH ,则NMOS管N4工作在线性区,使得VDSN4 大大减小,最终可以实现驱动输出高电平达到VDD;而在输出低电平时,下拉驱动管本身就工作在线性区,可以保证输出低电平位GND;因此无需增加自举电路也能达到设计要求;考虑到此驱动电路应用于升压型DC－DC转换器的开关管驱动,负载电容CL很大,一般能达到几十皮法,还需要进一步增加输出电流能力,因此增加了晶体管Q1作为上拉驱动管;这样在输入端由高电平变为低电平时,Q1导通,由N4、Q1同时提供电流,OUT端电位迅速上升,当OUT端电位上升到VDD－VBE时,Q1截止,N4继续提供电流对负载电容充电,直到OUT端电压达到VDD;在OUT端为高电平期间,A点电位会由于电容Cboot 上的电荷泄漏等原因而下降;这会使得B点电位下降,N4的导通性下降;同时由于同样的原因,OUT端电位也会有所下降,使输出高电平不能保持在VDD;为了防止这种现象的出现,又增加了PMOS管P5作为上拉驱动管,用来补充OUT端CL的泄漏电荷,维持OUT端在整个导通周期内为高电平;驱动电路的传输特性瞬态响应在图4中给出;其中a为上升沿瞬态响应,b为下降沿瞬态响应;从图4中可以看出,驱动电路上升沿明显分为了三个部分,分别对应三个上拉驱动管起主导作用的时期;1阶段为Q1、N4共同作用,输出电压迅速抬升,2阶段为N4起主导作,使输出电平达到VDD,3阶段为P5起主导作用,维持输出高电平为VDD;而且还可以缩短上升时间,下降时间满足工作频率在兆赫兹级以上的要求;需要注意的问题及仿真结果电容Cboot的大小的确定Cboot的最小值可以按照以下方法确定;在预充电周期内,电容Cboot 上的电荷为VDDCboot ;在A点的寄生电容计为CA上的电荷为VDDCA;因此在预充电周期内,A点的总电荷为Q_{A1}=V_{DD}C_{boot}+V_{DD}C_{A} 1B点电位为GND,因此在B点的寄生电容Cpar上的电荷为0;在自举升压周期,为了使OUT端电压达到VDD,B点电位最低为VB＝VDD+Vthn;因此在B点的寄生电容Cpar上的电荷为Q_{B}=V_{DD}+V_{thn}Cpar 2忽略MOS管P4源漏两端压降,此时Cboot上的电荷为VthnCboot ,A点寄生电容CA的电荷为VDD+VthnCA;A点的总电荷为QA2=V_{thn}C_{BOOT}+V_{DD}+V_{thn}C_{A} 3同时根据电荷守恒又有Q_{B}=Q_{A}-Q_{A2} 4综合式1～4可得C_{boot}=\frac{V_{DD}+V_{thn}}{v_{DD}-v_{thn}}Cpar+\frac{v_{thn}}{v_{DD}-v_{ thn}}C_{A}=\frac{V_{B}}{v_{DD}-v_{thn}}Cpar+\frac{V_{thn}}{v_{DD}-v_{thn}}C_{ A} 5从式5中可以看出,Cboot随输入电压变小而变大,并且随B点电压VB变大而变大;而B点电压直接影响N4的导通电阻,也就影响驱动电路的上升时间;因此在实际设计时,Cboot的取值要大于式5的计算结果,这样可以提高B点电压,降低N4导通电阻,减小驱动电路的上升时间;P2、P4的尺寸问题将公式5重新整理后得：V_{B}={V_{DD}-V_{thn}\frac{C_{boot}}{Cpar}-V_{thn}\frac{C_{A}}{Cpar} 6 从式6中可以看出在自举升压周期内, A、B两点的寄生电容使得B点电位降低;在实际设计时为了得到合适的B点电位,除了增加Cboot大小外,要尽量减小A、B两点的寄生电容; 在设计时,预充电PMOS管P2的尺寸尽可能的取小,以减小寄生电容CA;而对于B点的寄生电容Cpar来说,主要是上拉驱动管N4的栅极寄生电容,MOS管P4、N3的源漏极寄生电容只占一小部分;我们在前面的分析中忽略了P4的源漏电压,因此设计时就要尽量的加大P4的宽长比,使其在自举升压周期内的源漏电压很小可以忽略;但是P4的尺寸以不能太大,要保证P4的源极寄生电容远远小于上拉驱动管N4的栅极寄生电容;阱电位问题如图3所示,PMOS器件P2、P3、P4的N-well连接到了自举升压节点A上;这样做的目的是,在自举升压周期内,防止他们的源/漏--阱结导通;而且这还可以防止在源/漏--阱正偏时产生由寄生SRC引起的闩锁现象;上拉驱动管N4的阱偏置电位要接到它的源极,最好不要直接接地;这样做的目的是消除衬底偏置效应对N4的影响;Hspice仿真验证结果驱动电路基于Samsung AHP615 BiCMOS工艺设计并经过Hspice仿真验证;在表1中给出了电路在不同工作电压、不同负载条件下的上升时间tr和下降时间tf 的仿真结果;在图5中给了电路工作在输入电压、工作频率为5MHz、负载电容60pF条件下的输出波形;结合表1和图5可以看出,此驱动电路能够在工作电压为,工作频率为5MHz,并且负载电容高达60pF的条件下正常工作;它可以应用于低电压、高工作频率的DC－DC转换器中作为开关管的驱动电路;结论本文采用自举升压电路,设计了一种BiCMOS Totem结构的驱动电路;该电路基于Samsung AHP615 BiCMOS工艺设计,可在电压供电条件下正常工作,而且在负载电容为60pF的条件下,工作频率可达5MHz以上;。
无刷直流电机的驱动电路
无刷直流电机的驱动电路一、无刷直流电机简介无刷直流电机是一种通过电子方式实现电机转子磁场与定子磁场的同步旋转，无需刷子与换向器来调整磁场方向的电机。
它具有高效率、高转矩密度、长寿命等优点，被广泛应用于工业、航空航天、交通工具等领域。
二、无刷直流电机的基本原理无刷直流电机的驱动主要是通过电子器件来控制电机的磁场和转子的位置。
基本原理如下： 1. 无刷直流电机的转子上安装有磁体，称为永磁体，用来产生转子磁场。
2. 定子上绕有若干个线圈，通过电流激励产生定子磁场。
3. 当定子磁场与转子磁场交叉时，产生转矩，使电机转动。
三、无刷直流电机的驱动电路设计要求设计无刷直流电机的驱动电路时，需要满足以下要求： 1. 高效率：电路应尽可能减少能量的损耗，以提高电机的效率。
2. 稳定性：电路应具有良好的稳定性，能够在各种工作条件下保持电机的正常运行。
3. 可调性：电路应具备可调节转速和转向的功能，以满足不同应用场景的需求。
4. 保护功能：电路应具备过流、过温等保护功能，以确保电机和电路的安全运行。
四、无刷直流电机的驱动电路设计方案4.1 无刷直流电机驱动电路的基本组成无刷直流电机的驱动电路通常由以下几部分组成： 1. 电源模块：提供电机驱动所需的电压和电流。
2. 电流检测模块：用于检测电机驱动电路中的电流情况，保护电机和电路的安全。
3. 电压转换模块：用于将电源提供的电压转换为电机所需的工作电压。
4. 逻辑控制模块：根据输入信号控制电机的转速和转向。
5. 保护模块：监测电机驱动电路的工作状态，当出现异常情况时进行相应的保护。
4.2 无刷直流电机驱动电路的工作原理无刷直流电机的驱动电路工作原理如下： 1. 逻辑控制模块接收输入信号，根据信号产生驱动电流的时序。
2. 驱动电流经过电流检测模块后，进入电机的定子线圈。
3. 电机定子线圈中的电流产生定子磁场，与转子磁场交叉产生转矩。
4. 电压转换模块将电源提供的电压转换为电机所需的工作电压。
基于场效应管的直流电机驱动控制电路设计
基于场效应管的直流电机驱动控制电路设计一、本文概述随着现代电子技术的飞速发展，直流电机因其优良的控制性能和简单的结构设计，在工业自动化、精密仪器和消费电子等领域得到了广泛应用。
传统的直流电机驱动控制电路存在功耗大、效率低、响应速度慢等问题，难以满足当前对高性能电机控制系统的需求。
研究新型的直流电机驱动控制电路具有重要意义。
本文主要聚焦于基于场效应管的直流电机驱动控制电路设计。
场效应管（FET）作为一种高效、快速的电子器件，在电机驱动领域具有独特的优势。
本文将首先介绍场效应管的基本原理和特性，以及其在直流电机驱动控制中的应用优势。
接着，本文将详细阐述一种基于场效应管的直流电机驱动控制电路的设计方法，包括电路的拓扑结构、工作原理以及关键参数的设计与优化。
本文的研究重点在于如何通过优化电路设计，提高直流电机驱动控制系统的性能，包括降低功耗、提高效率、加快响应速度等。
本文还将探讨电路设计中可能遇到的问题和挑战，并提出相应的解决策略。
总体而言，本文旨在为直流电机驱动控制电路的设计提供一种新的思路和方法，以推动电机控制技术在现代工业和电子领域的应用与发展。
二、场效应管基础知识场效应管（FieldEffect Transistor，简称FET）是一种利用电场效应来控制电流流动的半导体器件。
它具有三个引脚：源极（Source）、栅极（Gate）和漏极（Drain）。
场效应管的主要类型包括结型场效应管（JFET）和金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）。
在直流电机驱动控制电路中，MOSFET因其高输入阻抗、低导通电阻和高开关速度等特点而得到广泛应用。
场效应管的工作原理基于电场效应。
在MOSFET中，当在栅极和源极之间施加一个电压时，会在栅极和硅基片之间形成一个电场。
这个电场会影响硅基片中的电荷分布，从而控制源极和漏极之间的电流流动。
当栅极电压达到一定阈值时，MOSFET开始导通，电流可以在源极和漏极之间流动。
场效应管的特性参数对其在电路中的应用至关重要。
单片机 直流电机的驱动电路
单片机直流电机的驱动电路
直流电机是常用的电机类型之一，其驱动电路的设计对于电机的正常运行和控制至关重要。
对于单片机的直流电机驱动电路，一般可以采用H桥电路或PWM控制电路。
首先，简要介绍一下H桥电路。
H桥电路的形状类似于字母“H”，它由四个开关器件（如晶体管或MOSFET）组成。
通过控制开关器件的通断状态，可以改变电机两端的电压极性，从而实现电机的正转和反转。
在H桥电路中，可以采用单片机控制开关器件的通断状态，实现电机的启动、停止、正转和反转等操作。
另外，PWM控制也是一种常见的直流电机控制方法。
PWM控制通过调节电机两端的平均电压值来改变电机的转速，从而达到调速的目的。
在PWM控制电路中，可以采用单片机内部的PWM模块或者利用数字GPIO口进行PWM信号的输出。
通过调节PWM信号的占空比，可以控制电机两端的平均电压值，从而改变电机的转速。
综上所述，单片机在直流电机驱动电路中扮演着重要的角色，通过H桥电路或PWM控制电路可以实现电机的灵活控制。
在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的驱动电路和控制方法。
直流电机控制电路设计
直流电机控制电路设计1.电阻控制电路：电阻控制电路是最简单的直流电机控制电路。
通过在直流电机的电源电路中串接一个可调节的电阻，可以改变电机的供电电压，从而控制电机的转速。
这种方法简单易行，但效率低下，能耗较大。
2.利用PWM信号控制电机速度：PWM（脉宽调制）信号是一种控制电子设备的常用方法。
在直流电机控制中，可以通过改变PWM信号的脉宽来控制电机的转速。
脉宽越宽，电机供电时间越长，转速越快；脉宽越窄，电机供电时间越短，转速越慢。
通过控制PWM信号的频率，可以实现更精确的速度控制。
3.使用驱动器芯片控制电机：驱动器芯片是一种专门用于控制电机的集成电路。
它提供了多种控制电机速度和方向的功能。
通过输入控制信号，驱动器芯片可以精确地控制电机的转速和转向。
驱动器芯片通常由功率放大器、逻辑电路和电源电路组成。
4.使用微控制器控制电机：微控制器是一种具有处理能力的单片机，可以通过编程设置来控制电机的运动。
通过连接微控制器和电机驱动电路，可以实现对电机转速、方向等参数的精确控制。
微控制器不仅能实现速度控制，还可以实现与其他设备的通信和协调工作。
在直流电机控制电路设计中1.电机的功率需求和特性：根据电机的功率需求，选择适当的电源和电源电压。
同时，需要了解电机的特性，如额定电流、额定电压等参数。
2.控制方法选择：根据实际应用需求，选择合适的控制方法。
比如，需要精确的速度控制可以选择PWM控制；需要简单控制可以选择电阻控制。
3.控制电路的稳定性和可靠性：设计的电路应具有良好的稳定性和可靠性，避免由于电路设计不合理导致的电机运动异常或损坏。
4.电路的成本和尺寸：根据实际应用需求和预算，选择合适的电路设计方案。
有时需要考虑电路尺寸的限制，如嵌入式设备中需要小巧的电路。
总之，直流电机控制电路设计需要根据具体应用需求选择合适的控制方法，并考虑电机的功率需求、特性、稳定性、可靠性、成本和尺寸等因素。
通过合理的设计和调试，可以实现对直流电机运动的精确控制。
功率MOS驱动直流电机的常用电路分析
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。
mos无刷电机驱动电路
mos无刷电机驱动电路mos无刷电机驱动电路是一种常用于控制无刷直流电机的电路。
无刷电机由于其高效、高转矩、高速度和长寿命等优点，被广泛应用于各个领域，例如电动汽车、机器人、航空航天等。
而mos无刷电机驱动电路作为无刷电机的控制核心，起到了至关重要的作用。
mos无刷电机驱动电路主要由mos管、电流传感器、电压传感器、电机驱动芯片和相关电路组成。
其中，mos管是驱动电机的关键元件，它通过控制电机的通断来实现对电机的转速和转向的控制。
电流传感器和电压传感器用于实时监测电机的电流和电压，以便及时调整驱动电路的工作状态。
电机驱动芯片则是整个驱动电路的核心，它根据传感器的反馈信号，通过控制mos管的开关状态，来实现对电机的精确控制。
mos无刷电机驱动电路具有以下特点：1.高效性：mos无刷电机驱动电路采用mos管作为开关元件，具有低导通电阻和快速开关速度的特点，从而提高了电机的效率和响应速度。
2.精确性：驱动芯片通过对电压和电流的实时监测，能够精确控制电机的转速和转向，满足不同应用场景的需求。
3.可靠性：mos无刷电机驱动电路采用了多种保护机制，例如过流保护、过压保护和过热保护等，能够有效地保护电机和驱动电路的安全运行。
4.灵活性：mos无刷电机驱动电路可以根据不同的控制需求进行调整和优化，可以实现多种控制方式，例如PWM调速、电流调速和位置闭环控制等。
5.可扩展性：mos无刷电机驱动电路可以与其他传感器和控制器相结合，实现更复杂的控制功能，例如速度闭环控制和位置闭环控制等。
mos无刷电机驱动电路的工作原理如下：驱动芯片通过电压和电流传感器实时监测电机的电压和电流值。
然后，根据设定的控制信号，驱动芯片控制mos管的开关状态。
当mos管导通时，电机获得电流，开始旋转；当mos管断开时，电机停止转动。
通过不断地控制mos管的开关状态，驱动芯片可以实现对电机的精确控制。
mos无刷电机驱动电路的设计需要考虑以下几个方面：1.电机功率和工作电压：根据电机的功率和工作电压确定mos管和驱动芯片的选型和参数。
三相无刷直流电机驱动电路
三相无刷直流电机驱动电路三相无刷直流电机驱动电路是一种常用于工业和家电领域的电机驱动方案。
相比传统的有刷直流电机，无刷直流电机具有更高的效率、更低的噪音和更长的使用寿命。
本文将介绍三相无刷直流电机驱动电路的原理、特点以及应用领域。
一、无刷直流电机的原理无刷直流电机是一种基于电子换向技术的电机，其工作原理类似于传统的有刷直流电机。
无刷直流电机由转子、定子和电子换向器三部分组成。
转子是由永磁体组成的，定子则是由多相绕组组成的。
电子换向器根据转子位置和速度信息，通过控制电流的方向和大小，实现电机的高效运转。
三相无刷直流电机驱动电路主要由功率电子器件、驱动电路和控制器三部分组成。
功率电子器件通常采用IGBT（绝缘栅双极型晶体管）或MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管），用于控制电流的通断和方向。
驱动电路负责产生适当的驱动信号，将控制器输出的信号转化为功率电子器件所需的控制信号。
控制器是电机控制系统的核心，负责根据转子位置和速度信息，产生适当的控制信号，并将其送至驱动电路。
三、三相无刷直流电机驱动电路的特点1. 高效率：无刷直流电机由于无需通过电刷和换向器，减少了能量损耗，提高了电机的效率。
在工业和家电领域，高效率是提高设备性能的关键因素之一。
2. 低噪音：无刷直流电机在工作过程中，没有机械接触和摩擦，因此噪音较低。
这使得无刷直流电机在一些对噪音要求较高的场合得到了广泛应用，比如家电领域的洗衣机和吸尘器等。
3. 高可靠性：由于无刷直流电机没有电刷和换向器等易损件，因此具有更长的使用寿命和更高的可靠性。
这使得无刷直流电机在一些对设备寿命要求较高的场合得到了广泛应用，比如工业自动化领域的机床和机械手等。
4. 精确控制：由于控制器可以根据转子位置和速度信息进行精确控制，因此无刷直流电机具有较好的速度和转矩响应特性。
这使得无刷直流电机在一些对运动控制要求较高的场合得到了广泛应用，比如机器人、无人机和电动汽车等。
nmosfet的工作原理
nmosfet的工作原理NMOSFET（N沟道MOS场效应晶体管）是一种常见的MOS（金属-氧化物-半导体）场效应晶体管。
它是一种三端器件，由源极（S）、漏极（D）和栅极（G）组成。
NMOSFET的工作原理涉及栅极电压控制漏极到源极的导通和截止状态。
在本文中，我们将详细讨论NMOSFET的工作原理，并逐步解释每个步骤。
1. 引言：首先，我们需要了解MOS结构的基本原理。
MOS结构由硅衬底和两个氧化物层构成。
硅衬底是一个P型或N型半导体，两个氧化物层分别是厚氧化物层（TOX）和薄氧化物层（TOX）。
在NMOSFET中，硅衬底是P 型半导体，薄氧化物层将N型沟道从硅衬底隔离开来。
2. 开关和导通状态：NMOSFET可以工作在两种状态，即截止和导通。
当栅极电压低于阈值电压（VT）时，NMOSFET处于截止状态，没有导通路径，漏极和源极是隔离的。
当栅极电压高于阈值电压时，NMOSFET处于导通状态，漏极和源极之间形成导通的通路。
3. 截止状态：在截止状态下，NMOSFET的栅极电压低于阈值电压，没有形成电子通道，漏极和源极之间没有导通路径。
在这种情况下，NMOSFET被视为一个开断状态的开关。
这是因为栅极-漏极电压（VGS）无法产生足够的电场，以便将沟道形成的电子从源极输送到漏极。
4. 导通状态：在导通状态下，NMOSFET的栅极电压高于阈值电压，形成了一个电子通道，允许电子从源极流向漏极。
在这种情况下，NMOSFET被视为一个闭合状态的开关。
当栅极电压高于阈值电压时，栅极-源极电压（VGS）会产生足够的电场，以便将N型沟道上的自由电子吸引到源极。
5. 灌注和阈值电压：为了使NMOSFET从截止状态进入导通状态，我们需要确保栅极电压高于阈值电压。
阈值电压是指栅极电压需要多高才能形成电子通道。
阈值电压取决于硅衬底的掺杂类型和浓度，以及设备的尺寸。
在实际应用中，阈值电压通过掺杂硅衬底来调整，这一过程被称为灌注。
无刷直流电机控制器工作原理
无刷直流电机控制器工作原理无刷直流电机控制器是一种用于控制无刷直流电机转速和方向的电子设备。
它通过调节电流和电压来控制电机的运转，实现电机的转速和方向的精确控制。
无刷直流电机控制器主要由电源模块、驱动模块和控制模块组成。
电源模块负责提供电源电压，通常使用直流电源供电。
驱动模块负责将电源电压转换为电机所需的相应电压和电流。
控制模块则负责接收外部的控制信号，根据信号的要求调节电机的转速和方向。
在无刷直流电机控制器中，关键的部件是功率半导体器件，通常使用MOSFET作为开关元件。
MOSFET具有高开关速度、低开关损耗和较低的导通电阻，适合用于高频率开关电路。
功率半导体器件的选取和设计对于无刷直流电机控制器的性能至关重要。
无刷直流电机控制器的工作原理主要包括以下几个方面：1. 电机驱动：控制器通过驱动模块将电源电压转换为电机所需的相应电压和电流。
驱动模块通常采用电流型控制方式，即通过调节电流大小来控制电机的转速。
控制器中的电流环和速度环可以实现闭环控制，使电机的转速更加稳定。
2. 电机霍尔传感器信号处理：无刷直流电机的转子上通常安装有霍尔传感器，用于检测转子的位置和速度。
控制器接收到霍尔传感器的信号后，根据信号的变化来判断电机的转子位置，从而确定电机的转子位置和速度。
3. 相序控制：无刷直流电机的转子上有多个绕组，控制器通过确定绕组的通断顺序来控制电机的转向。
相序控制是通过控制器中的电子开关来实现的，根据转子位置和速度来改变电子开关的状态，从而改变绕组的通断顺序。
4. 脉宽调制：为了控制电机的转速，控制器通过脉宽调制（PWM）技术来调节电机的电流。
脉宽调制是通过改变信号的占空比来改变电流大小，占空比越大，电流越大，电机转速越快；占空比越小，电流越小，电机转速越慢。
5. 保护功能：无刷直流电机控制器还具有多种保护功能，如过流保护、过温保护和过压保护等。
当电机工作时，如果电流、温度或电压超过设定的阈值，控制器会自动切断电源，以保护电机和控制器的安全。
nmos用法
nmos用法NMOS用法详解概述NMOS（N型金属氧化物半导体）是一种常用的场效应晶体管（FET）型号，具有很多应用场景。
本文将详细介绍几种常见的NMOS用法。
1. NMOS作为开关•NMOS在数字电子领域中常被用作开关。
•通过调节栅极和源极之间的电压，可以控制NMOS通断。
•当栅极电压高于阈值电压时，NMOS导通；当栅极电压低于阈值电压时，NMOS截止。
2. NMOS作为放大器•NMOS可以将小信号放大为大信号，用于放大电压的变化。
•将输入信号连接到栅极，输出信号从漏极读取。
•控制栅极和源极之间的电压，可以调节放大倍数。
3. NMOS作为传感器驱动器•NMOS可以用来驱动各种传感器，如温度传感器、光敏传感器等。
•将传感器连接到NMOS源极和漏极之间。
•当传感器输出信号改变时，NMOS会根据源极电压和栅极电压的关系，产生相应的电压输出。
4. NMOS用于逻辑门•NMOS可以用于构建逻辑门电路，如与门、或门、非门等。
•通过组合多个NMOS晶体管，可以实现不同的逻辑功能。
•当输入信号满足逻辑门的条件时，NMOS会根据栅极电压的变化，产生对应的输出信号。
5. NMOS用于稳压器•NMOS可以用于构建稳压器电路，用于稳定输出电压。
•将NMOS放置在反馈电路中，使其能够自动调节输出电压。
•当输出电压上升时，NMOS会调整其导通程度，减小输出电压；反之亦然。
结论NMOS在电子领域中具有广泛的应用。
它可以作为开关、放大器、传感器驱动器、逻辑门以及稳压器使用。
了解这些用法，有助于更好地理解和应用NMOS。
6. NMOS用于数字时钟•NMOS可以用来构建数字时钟电路。
•将几个NMOS晶体管和其他逻辑电路组合起来，以显示当前时间。
•NMOS的开关特性可以用来控制数码管的亮灭，实现时间的显示。
7. NMOS用于直流电源控制•NMOS可用于直流电源控制电路中，用于保护电路中其他元件。
•NMOS可用于控制电路的输入和输出，确保在特定条件下电路的安全运行。
基于场效应管的直流电机驱动控制电路设计
基于场效应管的直流电机驱动控制电路设计引言：直流电机广泛应用于工业自动化系统、机械设备和电动汽车等领域。
为了实现对直流电机的精确控制和高效能耗，设计一种基于场效应管的直流电机驱动控制电路非常重要。
本文将介绍基于场效应管的直流电机驱动控制电路的设计原理和具体步骤，并详细说明其优势和应用。
一、设计原理：场效应管是一种三极管，其内部有一个门电极控制电流流动。
利用场效应管的导通特性，可以通过控制门电极的电压来调节场效应管的导通状态。
通过合理设计电路，将场效应管与直流电机相连，即可实现对直流电机的驱动控制。
当门电极被施加正电压时，场效应管导通，电流流过直流电机，驱动电机转动。
当门电极电压为零或负电压时，场效应管截止，电机停止转动。
二、设计步骤：1.选择合适的场效应管和直流电机。
根据直流电机的额定电流和工作电压，选择合适的场效应管，保证场效应管能够承受电机的电流和电压。
2.设计电源电路。
为了保证直流电机稳定工作，需要提供稳定的电源电压。
可以使用直流稳压电源或者直流电路滤波器。
3.设计信号调节电路。
为了实现对直流电机的转速和转向控制，需要设计信号调节电路。
通过改变信号调节电路的输入电压，可以改变场效应管的导通状态，从而控制电机的转速和转向。
4.设计保护电路。
为了保护直流电机和场效应管，设计相应的保护电路非常重要。
常见的保护电路包括过流保护电路、过压保护电路和过热保护电路。
三、优势和应用：1.高效能耗：基于场效应管的直流电机驱动控制电路具有高效能耗的特点。
场效应管的导通电阻低，能够大量减少功率损失，提高系统的能效。
2.高精确控制：由于场效应管具有很好的响应特性，可以实现对直流电机的精确控制。
通过调节门电极电压的大小，可以准确控制电机的转速和转向。
3.应用广泛：基于场效应管的直流电机驱动控制电路广泛应用于工业自动化系统、机械设备和电动汽车等领域。
由于其高效能耗和高精确控制性能，在工业生产中得到了广泛的应用。
结论：基于场效应管的直流电机驱动控制电路设计可以实现高效能耗和精确控制的目的，广泛应用于工业自动化系统、机械设备和电动汽车等领域。
常用电机驱动电路及原理
常用电机驱动电路及原理1.直流电机驱动电路：直流电机驱动电路主要用于控制直流电机的转速和方向。
常用的直流电机驱动电路有H桥驱动电路、PWM调速电路和电流反馈调速电路。
-H桥驱动电路：H桥驱动电路是最常用的直流电机驱动电路之一，可以实现正、反转和制动功能。
它由四个开关管组成，分为上电路和下电路。
通过控制上下电路中的开关管的导通和断开，可以改变电机的运行方向和转速。
-PWM调速电路：PWM调速电路通过调整占空比来控制电机的转速。
PWM调速电路将直流电源与电机连接，通过调节PWM信号的占空比，控制电机的平均输出电压，从而改变电机的转速。
-电流反馈调速电路：电流反馈调速电路是一种闭环控制系统，通过反馈电流信号来控制电机的转速。
它使用电流传感器测量电机的输出电流，并将反馈信号与设定值进行比较，通过PID控制算法来调节PWM信号，控制电机的转速。
2.交流电机驱动电路：交流电机驱动电路主要用于控制交流电机的转向和转速。
常用的交流电机驱动电路有逆变器驱动电路和矢量控制电路。
-逆变器驱动电路：逆变器是将直流电源转换成交流电源的装置。
在交流电机驱动中，逆变器将直流电源的电压和频率转换成交流电压和频率，通过改变输出电压的幅值和频率，控制交流电机的转速。
-矢量控制电路：矢量控制电路是一种先进的交流电机驱动技术，通过对电机的磁场进行独立控制来实现高精度的转速和转向控制。
矢量控制电路使用电流传感器测量电机的输出电流，并通过矢量控制算法，控制电机的磁场和转速。
总结：直流电机驱动电路主要包括H桥驱动电路、PWM调速电路和电流反馈调速电路，用于控制直流电机的转速和方向。
交流电机驱动电路主要包括逆变器驱动电路和矢量控制电路，用于控制交流电机的转向和转速。
这些电机驱动电路在工业自动化、电动车和家用电器等领域广泛应用，具有重要的意义和价值。
最全直流电机工作原理与控制电路解析（无刷+有刷+伺服+步进）
最全直流电机工作原理与控制电路解析（无刷+有刷+伺服+步进）直流电动机是连续的执行器，可将电能转换为机械能。
直流电动机通过产生连续的角旋转来实现此目的，该角旋转可用于旋转泵，风扇，压缩机，车轮等。
与传统的旋转直流电动机一样，也可以使用线性电动机，它们能够产生连续的衬套运动。
基本上有三种类型的常规电动机可用：AC型电动机，DC型电动机和步进电动机。
典型的小型直流电动机交流电动机通常用于高功率的单相或多相工业应用中，需要恒定的旋转扭矩和速度来控制大负载，例如风扇或泵。
在本教程中，我们仅介绍简单的轻型直流电动机和步进电动机，这些电动机用于许多不同类型的电子，位置控制，微处理器，PIC和机器人类型的电路中。
基本直流电动机该直流电动机或直流电动机，以给它的完整的标题，是用于产生连续运动和旋转，其速度可以容易地控制，从而使它们适合于应用中使用是速度控制，伺服控制类型的最常用的致动器，和/或需要定位。
直流电动机由两部分组成，“定子”是固定部分，而“转子”是旋转部分。
结果是基本上可以使用三种类型的直流电动机。
有刷电机–这种类型的电机通过使电流流经换向器和碳刷组件而在绕线转子（旋转的零件）中产生磁场，因此称为“有刷”。
定子（静止部分）的磁场是通过使用绕制的定子励磁绕组或永磁体产生的。
通常，有刷直流电动机便宜，体积小且易于控制。
无刷电动机–这种电动机通过使用附着在其上的永磁体在转子中产生磁场，并通过电子方式实现换向。
它们通常比常规的有刷型直流电动机更小，但价格更高，因为它们在定子中使用“霍尔效应”开关来产生所需的定子磁场旋转顺序，但是它们具有更好的转矩/速度特性，效率更高且使用寿命更长比同等拉丝类型。
伺服电动机–这种电动机基本上是一种有刷直流电动机，带有某种形式的位置反馈控制连接到转子轴。
它们连接到PWM型控制器并由其控制，主要用于位置控制系统和无线电控制模型。
普通的直流电动机具有几乎线性的特性，其旋转速度取决于所施加的直流电压，输出转矩则取决于流经电动机绕组的电流。
无刷直流电机的驱动电路
无刷直流电机的驱动电路1. 引言无刷直流电机（Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种通过电子控制器来驱动的电动机。
与传统的有刷直流电机相比，BLDC电机具有高效率、高功率密度、长寿命、低噪音和低维护成本等优点。
本文将详细介绍无刷直流电机的驱动原理和常用的驱动电路。
2. 无刷直流电机的工作原理无刷直流电机由定子和转子组成。
定子上通常布置有三个绕组，称为A相、B相和C相，每个绕组之间相隔120度。
转子上装有永磁体，当定子绕组通以合适的电流时，会在转子上产生磁场。
通过改变定子绕组中的电流方向，可以实现对转子磁场方向的控制。
BLDC电机的驱动原理基于霍尔效应或传感器less技术。
在霍尔效应驱动中，安装在定子上的霍尔传感器用于检测转子位置，并将信号反馈给控制器。
而在传感器less驱动中，则通过测量定子上产生的反电动势（Back Electromotive Force，简称BEMF）来推测转子位置。
3. 无刷直流电机的驱动电路3.1 相互导通型驱动电路相互导通型驱动电路是最简单的一种BLDC电机驱动电路。
它由六个功率开关组成，分别用于控制A相、B相和C相的绕组。
这些功率开关可以是MOSFET、IGBT或SiC 等器件。
在相互导通型驱动电路中，任意两个绕组之间只能有一个处于导通状态，其余两个则需要断开。
通过控制三个绕组之间的导通状态，可以实现对BLDC电机的转子位置和速度的控制。
3.2 基于霍尔效应的驱动电路基于霍尔效应的驱动电路使用霍尔传感器来检测转子位置，并将信号反馈给控制器。
根据转子位置，控制器会依次打开或关闭相应的功率开关，以实现对BLDC电机的精确控制。
这种驱动方式需要使用专门设计的集成电路（IC），用于处理霍尔传感器产生的信号，并生成适当的控制信号。
常见的IC包括TI公司的DRV8301和Infineon公司的TLE9879等。
3.3 传感器less驱动电路传感器less驱动电路是一种更为先进的驱动方式，它通过测量定子绕组上产生的BEMF来推测转子位置。
无刷直流电机驱动控制电路
电子发烧友 电子技术论坛
无刷直流电机驱动电路 YF3405
最大额定值
额定 电源电压 数字输入（管脚 3，4，5，6，22，23） 振荡器输入电流（拉或灌） 误差放大器输入电压范围（管脚 11，12，注 1） 误差放大器输出电流（拉或灌，注 2） 电流检测输入电压范围（管脚 9，15） 错误指示输出电压 错误指示输出灌电流 顶部驱动电压（管脚 1，2，24） 顶部驱动灌电流（管脚 1，2，24） 底部驱动电压 底部驱动输出电流（拉或灌，管脚 19，20，21） 功耗和热特性 D 后缀，双列直插式 最大功耗（工作温度：85°C） 热阻，结至空气 S 后缀，表明贴装 最大功耗（工作温度：85°C） 热阻，结至空气 工作结温 工作环境温度范围（注 3） 保存温度范围
2153086299赞润微电子产品资料中文资料无刷直流电机驱动控制电路yf3405管脚定义10到30伏工作电压欠压锁定驱动输出逐周限流大电流驱动器可控制外接3相mosfet桥制动输入完全可访问的误差放大器用于闭环伺服应用带电流检测参考的引脚正向反向60120选择可选60300或120240传感器相位内部热关断也可控制有刷直流电机传感器输入驱动输出订购信息器件工作温度范围封装yf3405s4085cso24yf3405d4085cdip24输出使能vc参考电压输出vcc电流检测同相输入接地振荡器电流检测反向输入误差放大器错误指示同相输入so24dip24误差放大器误差放大器同相反相输入输出pwm输入概述单片无刷直流电机控制器yf3405采用双极性模拟工艺制造可在任何恶劣的工业环境条件下保证高品质和高稳定性
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无刷直流电机驱动器原理
图1第2章 无刷直流电机的驱动原理2.1 驱动方式的理论分析 一、主要器件MOSFETMOSFET 又称金属-氧化物半导体场效应晶体管，可分为N 型和P 型两种，又被称为NMOSFET 与PMOSFET 。
如图1所示，一块P 型硅 半导体材料作衬底，在其面上扩散了两个N 型区，再在上面覆盖一层二氧化硅(SiO2）绝缘层，最后在N 区上方用腐蚀的方法做成两个孔，用金属化的方法分别在绝缘层上及两个孔内做成三个电极：G(栅极）、S （源极）及D （漏极），如图所示。
在驱动器上用到的MOSFET 是在其上反并联一个二极管，该二极管通常被称为寄生二极管。
由于添加了二极管的缘故，从而使其没有了反向电压阻断的能力。
一般使用时在栅源极间施加一个-5V 的反向偏执电压，目的是为了保证是器件导通，噪声电压必须阈值门控（栅极）电压和负偏置电压之和。
MOSFET 的使用方法和三极管的使用方法几乎类似，都是采用小电流的方式来控制大电流，这在模拟电路中经常用到。
如图2所示，在无刷电机驱动器中使用MOSFET 主要是在MOSFET 的栅源极施加一个寄生二极管。
二、单相半波逆变器原理如图3所示是单相半波逆变器的原理图。
对其工作状态分析如下：第一个工作状态，v1导通，负载电压等于Ud/2,从而使负载电流与电压同向。
第二个工作状态，v2关短后，负载电流流向vd2，使得负载上的电压变为-Ud/2。
但随着时间的推移会使负载的电流最终变为0。
第三个工作状态，v2导通，使得负载中出现了负电压和负电流。
第四个工作状态，v2关断造成vd2正向偏置，得负载电压变为Ud/2。
如果电压为横坐标u ，电流为竖坐标i 的话，那么通过上面四个状态就可以是电流和电压在四个象限内轮流工作。
因此，采用一定的方法通过控制v1和v2的导通时间就可以达到控制负载上电流和电压按照一定的频率来轮换着工作。
图2图3图2图4 但是上面的变换有一些缺点。
例如，在任何时刻加载在负载上的电压都是全部电压的一半。
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1 引言长期以来，直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。
特别随着计算机在控制领域，高开关频率、全控型第二代电力半导体器件(GTR、GTO、MOSFET、IGBT等)的发展，以及脉宽调制(PWM)直流调速技术的应用，直流电机得到广泛应用。
为适应小型直流电机的使用需求，各半导体厂商推出了直流电机控制专用集成电路，构成基于微处理器控制的直流电机伺服系统。
但是，专用集成电路构成的直流电机驱动器的输出功率有限，不适合大功率直流电机驱动需求。
因此采用N沟道增强型场效应管构建H桥，实现大功率直流电机驱动控制。
该驱动电路能够满足各种类型直流电机需求，并具有快速、精确、高效、低功耗等特点，可直接与微处理器接口，可应用PWM技术实现直流电机调速控制。
2 直流电机驱动控制电路总体结构直流电机驱动控制电路分为光电隔离电路、电机驱动逻辑电路、驱动信号放大电路、电荷泵电路、H桥功率驱动电路等四部分，其电路框图如图一由图可以看出，电机驱动控制电路的外围接口简单。
其主要控制信号有电机运转方向信号Dir电机调速信号PWM及电机制动信号Brake，Vcc为驱动逻辑电路部分提供电源，Vm为电机电源电压，M+、M-为直流电机接口。
在大功率驱动系统中，将驱动回路与控制回路电气隔离，减少驱动控制电路对外部控制电路的干扰。
隔离后的控制信号经电机驱动逻辑电路产生电机逻辑控制信号，分别控制H桥的上下臂。
由于H桥由大功率N沟道增强型场效应管构成，不能由电机逻辑控制信号直接驱动，必须经驱动信号放大电路和电荷泵电路对控制信号进行放大，然后驱动H桥功率驱动电路来驱动直流电机。
3 H桥功率驱动原理直流电机驱动使用最广泛的就是H型全桥式电路，这种驱动电路方便地实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。
H桥功率驱动原理图如图2所示。
H型全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态。
S1、S2为一组，S3、S4为一组，这两组状态互补，当一组导通时，另一组必须关断。
当S1、S2导通时，S3、S4关断，电机两端加正向电压实现电机的正转或反转制动；当S3、S4导通时，S1、S2关断，电机两端为反向电压，电机反转或正转制动。
实际控制中，需要不断地使电机在四个象限之间切换，即在正转和反转之间切换，也就是在S1、S2导通且S3、S4关断到S1、S2关断且S3、S4导通这两种状态间转换。
这种情况理论上要求两组控制信号完全互补，但是由于实际的开关器件都存在导通和关断时间，绝对的互补控制逻辑会导致上下桥臂直通短路。
为了避免直通短路且保证各个开关管动作的协同性和同步性，两组控制信号理论上要求互为倒相，而实际必须相差一个足够长的死区时间，这个校正过程既可通过硬件实现，即在上下桥臂的两组控制信号之间增加延时，也可通过软件实现。
图2中4只开关管为续流二极管，可为线圈绕组提供续流回路。
当电机正常运行时，驱动电流通过主开关管流过电机。
当电机处于制动状态时，电机工作在发电状态，转子电流必须通过续流二极管流通，否则电机就会发热，严重时甚至烧毁。
4 直流电机驱动控制电路设计由直流电机驱动控制电路框图可以看出驱动控制电路结构简单，主要由四部分电路构成，其中光电隔离电路较简单，在此不再介绍，下面对直流电机驱动控制电路的其他部分进行详细介绍。
4.1 H桥驱动电路设计在直流电机控制中常用H桥电路作为驱动器的功率驱动电路。
由于功率MOSFET是压控元件，具有输入阻抗大、开关速度快、无二次击穿现象等特点，满足高速开关动作需求，因此常用功率MOSFET构成H桥电路的桥臂。
H桥电路中的4个功率MOSFET分别采用N 沟道型和P沟道型，而P沟道功率MOSFET一般不用于下桥臂驱动电机，这样就有两种可行方案：一种是上下桥臂分别用2个P沟道功率MOSFET和2个N沟道功率MOSFET；另一种是上下桥臂均用N沟道功率MOSFET。
相对来说，利用2个N沟道功率MOSFET和2个P沟道功率MOSFET驱动电机的方案，控制电路简单、成本低。
但由于加工工艺的原因，P沟道功率MOSFET的性能要比N沟道功率MOSFET的差，且驱动电流小，多用于功率较小的驱动电路中。
而N沟道功率MOSFET，一方面载流子的迁移率较高、频率响应较好、跨导较大；另一方面能增大导通电流、减小导通电阻、降低成本，减小面积。
综合考虑系统功率、可靠性要求，以及N沟道功率MOSFET的优点，本设计采用4个相同的N沟道功率MOSFET的H桥电路，具备较好的性能和较高的可靠性，并具有较大的驱动电流。
其电路图如图3所示。
图中Vm为电机电源电压，4个二极管为续流二极管，输出端并联一只小电容C6，用于降低感性元件电机产生的尖峰电压。
4.2 电荷泵电路设计电荷泵的基本原理是通过电容对电荷的积累效应而产生高压，使电流由低电势流向高电势。
最早的理想电荷泵模型是J.Dickson在1976年提出的，当时这种电路是为可擦写EPROM提供所需电压。
后来J.Witters，Toru Tranzawa等人对J.Dickson的电荷泵模型进行改进，提出了比较精确的理论模型，并通过实验加以证实提出了相关理论公式。
随着集成电路的不断发展，基于低功耗、低成本的考虑，电荷泵在电路设计中的应用越来越广泛。
简单电荷泵原理电路图如图4所示。
电容C1的A端通过二极管D1接Vcc，电容C1的B端接振幅Vin的方波。
当B点电位为0时，D1导通，Vcc开始对电容C1充电，直到节点A的电位达到Vcc；当B点电位上升至高电平Vin时，因为电容两端电压不能突变，此时A 点电位上升为Vcc+Vin。
所以，A点的电压就是一个方波，最大值是Vcc+Vin，最小值是Vcc(假设二极管为理想二极管)。
A点的方波经过简单的整流滤波，可提供高于Vcc的电压。
在驱动控制电路中，H桥由4个N沟道功率MOSFET组成。
若要控制各个MOSFET，各MOSFET的门极电压必须足够高于栅极电压。
通常要使MOSFET完全可靠导通，其门极电压一般在10 V以上，即VCS＞10 V。
对于H桥下桥臂，直接施加10 V以上的电压即可使其导通；而对于上桥臂的2个MOSFET，要使VGS>10 V，就必须满足VG>Vm+10 V，即驱动电路必须能提供高于电源电压的电压，这就要求驱动电路中增设升压电路，提供高于栅极10 V的电压。
考虑到VGS有上限要求，一般MOSFET导通时VGS为10 V～15 V，也就是控制门极电压随栅极电压的变化而变化，即为浮动栅驱动。
因此在驱动控制电路中设计电荷泵电路，用于提供高于Vm的电压Vh，驱动功率管的导通。
其电路原理图如图5所示。
电路中A部分是方波发生电路，由RC与反相施密特触发器构成，产生振幅为Vin=5 V的方波。
B部分是电荷泵电路，由三阶电荷泵构成。
当a点为低电平时，二极管D1导通电容C1充电，使b点电压Vb=Vm-Vtn；当a点为高电平时，由于电容C1电压不能突变，故b点电压Vb=Vm+Vin-Vtn，此时二极管D2导通，电容C3充电，使c点电压Vx=Vm+Vin-2Vtn；当a点再为低电平时，二极管D1、D3导通，分别对电容C1、C2充电，使得d点电压Vd=Vm+Vin-3Vtn；当a点再为高电平时，由于电容C2电压不能突变，故d点电压变为Vd=Vm+2Vin-3Vtn，此时二极管D2、D4导通，分别对电容C3、c4充电，使e点电压Ve=Vm+2Vin-4Vtn。
这样如此循环，便在g点得到比Vm高的电压Vh=Vm+3Vin-6tn=Vm+11.4 V。
其中Vm为二极管压降，一般取0.6 V。
从而保证H桥的上臂完全导通。
4.3 电机驱动逻辑与放大电路设计直流电机驱动电机驱动电路中电机驱动逻辑及放大电路主要实现外部控制信号到驱动H桥控制信号的转换及放大。
控制信号Dir、PWM、Brake经光电隔离电路后，由门电路进行译码，产生4个控制信号M1'、M2'、M3'、M4'，然后经三极管放大，产生控制H桥的4个信号M1、M2、M3、M4。
其电路原理图如图6所示。
其中Vh是Vm经电荷泵提升的电压，Vm为电机电源电压。
电机工作时，H桥的上臂处于常开或常闭状态，由Dir控制，下臂由PWM逻辑电平控制，产生连续可调的控制电压。
该方案中，上臂MOSFET只有在电机换向时才进行开关切换，而电机的换向频率极低，低端由逻辑电路直接控制，逻辑电路的信号电平切换较快，可以满足不同频率要求。
该电路还有一个优点，由于上臂开启较慢，而下臂关断较快，所以，实际控制时换向不会出现上下臂瞬间同时导通现象，减小了换向时电流冲击，提高了MOSFET的寿命。
5 直流电机PWM调速控制直流电动机转速n=(U-IR)/Kφ其中U为电枢端电压，I为电枢电流，R为电枢电路总电阻，φ为每极磁通量，K为电动机结构参数。
直流电机转速控制可分为励磁控制法与电枢电压控制法。
励磁控制法是控制磁通，其控制功率小，低速时受到磁饱和限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大动态响应较差，所以这种控制方法用得很少。
大多数应用场合都使用电枢电压控制法。
随着电力电子技术的进步，改变电枢电压可通过多种途径实现，其中PWM(脉宽调制)便是常用的改变电枢电压的一种调速方法。
PWM调速控制的基本原理是按一个固定频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内接通和断开的时间比(占空比)来改变直流电机电枢上电压的"占空比"，从而改变平均电压，控制电机的转速。
在脉宽调速系统中，当电机通电时其速度增加，电机断电时其速度减低。
只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可控制电机转速。
而且采用PWM技术构成的无级调速系统．启停时对直流系统无冲击，并且具有启动功耗小、运行稳定的特点。
设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，且设占空比为D=t／T，则电机的平均速度Vd为：Vd=VmaxD由公式可知，当改变占空比D=t／T时，就可以得到不同的电机平均速度Vd，从而达到调速的目的。
严格地讲，平均速度与占空比D并不是严格的线性关系，在一般的应用中，可将其近似地看成线性关系。
在直流电机驱动控制电路中，PWM信号由外部控制电路提供，并经高速光电隔离电路、电机驱动逻辑与放大电路后，驱动H桥下臂MOSFET的开关来改变直流电机电枢上平均电压，从而控制电机的转速，实现直流电机PWM调速。
6 结束语以N沟道增强型场效应管为核心，基于H桥PWM控制的驱动控制电路，对直流电机的正反转控制及速度调节具有良好的工作性能。
实验结果表明，直流电机驱动控制电路运行稳定可靠，电机速度调节响应快。
能够满足实际工程应用的要求，有很好的应用前景。