mos電機(jī)驅(qū)動電路及電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)-電機(jī)控制器MOS的作用-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2019-03-04
mos電機(jī)驅(qū)動電路首先，單片機(jī)能夠輸出直流信號，但是它的驅(qū)動才能也是有限的，所以單片機(jī)普通做驅(qū)動信號，驅(qū)動大的功率管如Mos管，來產(chǎn)生大電流從而驅(qū)動電機(jī)，且占空比大小能夠經(jīng)過驅(qū)動芯片控制加在電機(jī)上的均勻電壓到達(dá)轉(zhuǎn)速調(diào)理的目的。電機(jī)驅(qū)動主要采用N溝道MOSFET構(gòu)建H橋驅(qū)動電路，H 橋是一個典型的直流電機(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個開關(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)，必需使對角線上的一對開關(guān)導(dǎo)通，經(jīng)過不同的電流方向來控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，
實(shí)踐mos電機(jī)驅(qū)動電路中通常要用硬件電路便當(dāng)?shù)乜刂崎_關(guān)，電機(jī)驅(qū)動板主要采用兩種驅(qū)動芯片，一種是全橋驅(qū)動HIP4082，一種是半橋驅(qū)動IR2104，半橋電路是兩個MOS管組成的振蕩，全橋電路是四個MOS管組成的振蕩。其中，IR2104型半橋驅(qū)動芯片能夠驅(qū)動高端和低端兩個N溝道MOSFET，能提供較大的柵極驅(qū)動電流，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)動芯片能夠組成完好的直流電機(jī)H橋式驅(qū)動電路，而且IR2104價錢低廉，功用完善，輸出功率相對HIP4082較低，此計(jì)劃采用較多。
另外，由于驅(qū)動電路可能會產(chǎn)生較大的回灌電流，為避免對單片機(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驅(qū)動器，作用是進(jìn)步驅(qū)動才能，滿足一定條件后，輸出與輸入相同，可停止數(shù)據(jù)單向傳輸，即單片機(jī)信號能夠到驅(qū)動芯片，反過來不行。
針對不同的電機(jī)，我們應(yīng)該選擇與之相對應(yīng)的驅(qū)動。簡單地來說，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，功率小的電機(jī)就可以選用較低功率的驅(qū)動。電機(jī)驅(qū)動較常規(guī)的方法是采用 PWM 控制。
通過mos電機(jī)驅(qū)動電路模塊控制驅(qū)動電機(jī)兩端電壓來對電機(jī)進(jìn)行制動，我們可以采用飛思卡爾半導(dǎo)體公司的集成橋式驅(qū)動芯片 MC33886。MC33886 最大驅(qū)動電流為 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)、過溫保護(hù)等功能。體積小巧，使用簡單，但由于是貼片的封裝，散熱面積比較小，長時間大電流工作時，溫升較高，如果長時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，著重介紹我們在平時設(shè)計(jì)驅(qū)動電路時最常用的驅(qū)動電路。半橋驅(qū)動芯片 BTS7960 搭成全橋驅(qū)動。其驅(qū)動電流約 43A，而其升級產(chǎn)品 BTS7970 驅(qū)動電流能夠達(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 MOS 管，當(dāng) IN 輸入高電平時上邊的 MOS 管導(dǎo)通，常稱為高邊 MOS 管，當(dāng) IN 輸入低電平時，下邊的 MOS 管導(dǎo)通，常稱為低邊 MOS管；當(dāng) INH 為高電平時使能整個芯片，芯片工作；當(dāng) INH 為低電平時，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,我們直接接高電平，使整個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 波時電機(jī)將反轉(zhuǎn)！使用此方法需要兩路PWM信號來控制一個電機(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 輸入信號時電機(jī)正轉(zhuǎn)；那么當(dāng) PWM2=1是，PWM1 輸入信號電機(jī)反轉(zhuǎn)（必須注意：此時PWM信號輸入的是其對應(yīng)的負(fù)占空比）！
以上的電路，對于普通功率的底盤，其驅(qū)動電流已經(jīng)能夠滿足，但是對于更大功率的底盤，可能有點(diǎn)吃力。尤其是當(dāng)我們加的底盤在不停的加減速時，這就需要電機(jī)不停的正反轉(zhuǎn)，此時的電流很大，還用以上的驅(qū)動電路，芯片會很燙！！這個時候就需要我們自己用 MOSFET 和柵極驅(qū)動芯片自己設(shè)計(jì) H 橋！
用這個方法電路非常簡單，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)時由于芯片分散性導(dǎo)致的驅(qū)動芯片某些片發(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，在小車的剎車的性能的提升上明顯有弱勢，而且電流允許值也比較小。
當(dāng)我們按照下圖接線時，也就是兩路PWM輸入組成H橋，則可以通過控制PWM1和PWM2的相對大小控制電流的方向，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。
功率mos在電動車控制器中的作用非常重要就不多說了，簡單來講mos的輸出電流就是用來驅(qū)動電機(jī)。電流輸出越大（為了防止過流燒壞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)。開通過程（由截止到導(dǎo)通的過渡過程），導(dǎo)通狀態(tài)，關(guān)斷過程（由導(dǎo)通到截止的過渡過程），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不會損壞）。
Mos主要損耗也對應(yīng)這幾個狀態(tài)，開關(guān)損耗（開通過程和關(guān)斷過程），導(dǎo)通損耗，截止損耗（漏電流引起的，這個忽略不計(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即會正常工作，超出承受范圍，即發(fā)生損壞。而開關(guān)損耗往往大于導(dǎo)
通狀態(tài)損耗（不同mos這個差距可能很大），尤其是pwm沒完全打開，處于脈寬調(diào)制狀態(tài)時（對應(yīng)電動車的起步加速狀態(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)溫超過承受值）；過壓，源漏級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)動電路損壞超過允許最高電壓（柵極電壓一般需低于20v安全）以及靜電損壞。
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