简化电机驱动解决方案

简化电机驱动解决方案

简化电机驱动解决方案

中压电机的驱动，尤其步进电机和无刷直流（BLDC）电机，可以说是控制工程的噩梦。这些电机普遍用于无线电遥控玩具车、电动剃须刀、汽车水泵等，它们必须满足最低的成本、最小电路板面积和复杂性，这是一个很大的挑战。

在日常生活中很容易发现步进电机的应用，如视频监控产品、微型打印机、自动取款机等。此外，步进电机可以帮助实现业余爱好者的梦想，追求家的各种项目，如计算机数字控制（CNC）机器或3D打印机。今天的集成电路与高度集成的控制引擎已经接受了这个挑战，可以减少开发时间、成本和电路板面积。

步进电动机的心脏是一个H型电桥，用于引导整个电机绕组的双向电流。对于需要一定精确程度的步进电机应用，顺利地从一个位置到下一个位置，以实现某种形式的准确电流控制，这是非常必要的。在一个独立的解决方案中，你要实现这些，需要一个栅极驱动器、一些场效应管的桥和与整个绕组串联场效应管电流检测电阻器，用运算放大器（运放）来衡量检测电阻器两端的电压，最后是一个微控制器（MCU），能够测量该电压（集成的模拟-数字转换器ADC）并且作用于它。在一个高分辨率的脉冲宽度调制（PWM）输出的微处理器中，其闭合回路用比例积分控制器，就大功告成了。这听起来很昂贵，消耗工作面积，当然也最耗时的-除非你在所有这些控制理论课中保持清醒。而我们甚至还没开始做些准备，保护场效应管不被击穿、热失控和过载。

好消息是这里有一个更简单的方法。综合的解决方案，可以简化上述所有过程就像当你想要向一个微处理器输入一个简单的脉冲，你的步进电机走一步一样。让我们来看看界面（图1）。

步进和方向引脚可以连接到标准的通用输入/输出（GPIO）引脚上的处理器。每个步骤的输入都与逻辑索引表上所需的整流与电机各相的电流的增加（或减少）相对应。查找此表的一个例子示于表1。

一个给定的步骤输入，绕组产生的电流取决于您选择的设备上的微步模式。电机速度是取决于发出的步进脉冲速度。方向引脚被简单地设置成高或低，取决于你要移动的方式。

最后，VREF是一个电压，来自于一个简单的分压器，根据各相电流最大或满量程时来设置。这是动态地改变的内部比较器上的电压DAC的参考。在表1中每个步骤的电流调节，都与外部感应电阻器两端的电压进行比较。这种技术通常被称作为电流斩波。在由你选定的微模式下，一组由低到高的数字输入引脚，真的是那么简单，一个图形用户界面（GUI）的评估板，使得它变得更加容易。

直流无刷电机驱动器对于更为复杂的机器，无刷直流电机的需要之前提到的步进电机所有的离散组件，加上一种方法来检测反电动势。这通常是由零交点检测比较器检测梯形电压波形的每个阶段交叉通过零电压来完成的。各离散件就位后，就是你深入开发MCU单片机固件的时间了。当你产生120度的相移，PWM脉冲电场精确移动，导致围绕在定子周围的转子运动。这很简单，有时间去调整电机参数的循环，以避免在每个周期电机绕组不换向。

简化直流无刷电机（BLDC）控制的方法之一是使用的现成的解决方案，它结合了电机驱动器和微处理器，集成在一个单一的评估模块。这仍然是一个电机驱动器+ MCU解决方案，但有一个更简单的控制算法，称为-BLDC InstaSPIN，它是基于Flash TI的低成本MSP430G2553 MCU。

不同于传统的传感器，BLDC控制技术基于BEMF零交叉技术，如上所述，InstaSPIN-BLDC监视电机的磁通，以确定何时整流电动机。在实地测试超过50种不同类型的电机，InstaSPIN-BLDC可以启动电机并且运行了20秒。InstaSPIN-BLDC不需要电机参数的任何知识，你只需要调整一个最优值，这是电动机的磁通水平。

如果需要较低的电流--小于1.5 A--选择变得更简单。举个例子，无传感器电机驱动器。如果你有一个电池，一个脉宽调制源，像555定时器来控制速度，和一个电机，然后和你所需要的。这个反电动势检测是集成在一个简单的状态机，commutates电机在理想转速下确定的PWM输入。锁定转子检测，确保重新成功启动时，系统不发生扰

动。

有一件事我们还没讨论，跨越所有的综合性产品，是主板的过载保护。没有人喜欢自己设计的产品反复修改，并等待调试。这些保护措施预算往往被忽视，分立式解决方案的电路板空间模块分配又会互相干扰。

第一个综合保障是击穿保护，这是任何设计核心定位。如果你同时打开高低端的场效应管，那么总是会出现放电火花击穿的现象。如果你花费太多的时间在关掉高端和打开低端场效应管（称为空载时间），你将看到系统波形失真，无刷直流电机的正弦波看起来是那么波涛汹涌。

接下来名单上的设计是过电流保护。如果系统发生短路时，你很快就会看到从一个或多个组件中的H型桥过热冒烟。控制回路变得不稳定，也会导致同样的结果。

列表中注明了必备的热过载保护，以保证系统的可靠性设计。重复分立元件的热偏移，可以减少他们的寿命，等同于在您的系统中运动到达路的尽头。

你应该拾起一个主题，简单的是更好的。高度集成、低成本和强大的设备选项在今天变得更为可能。这些产品可以简化电机控制设计和改善现有的分立式设计的保护技术，在过去的设计中往往被忽略了。下一个具有挑战性的电机控制问题是在您的办公桌上，花时间去探索一些简单的集成产品。

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