有刷直流電機驅動IC的智能控制提高效率

電機無處不在，比您想象的要多。如果您對此表示懷疑，請嘗試計算您家中，汽車和辦公室中每天使用的所有電機。大馬達是顯而易見的，但那些小馬達埋藏在一些你往往會忘記的物體中。這些電機是隱藏的，無法識別，許多（如果不是大多數）都是電池供電的。

許多這些小型電機現在出現在辦公樓，工廠和其他設施中。一些家庭的例子是智能門鎖，視頻門鈴，視頻監控攝像頭和智能公用事業儀表中的電機。最廣泛的應用之一涉及智能衛生產品，例如自動紙巾分配器，水龍頭，皂液器和智能馬桶。

所有這些產品都使用小型有刷直流電機和/或螺線管在經過一些機械操作后關閉和打開東西。這些功能需要滿足設計挑戰的電機控制電路，如全自動化、低功耗和小尺寸。一些特別具有挑戰性的設計需求是速度控制、位置檢測和失速檢測。低功耗至關重要，因為這些設備中的大多數都是電池供電的。

直流電機驅動基礎知識

有刷直流電機使用換向器連續切換施加的電壓極性，以保持電機在一個方向上旋轉。反轉施加的直流電壓極性會反轉旋轉方向。施加的電壓量決定了速度或旋轉。

驅動有刷電機的最常見方法是將其連接到H橋（見圖）。它由橋臂中的四個MOSFET開關組成，電機連接到橋上。打開Q1和Q4會導致電機向一個方向旋轉。打開Q2和Q3可產生向另一個方向旋轉。來自MCU或單獨的H橋驅動IC的控制信號操作MOSFET。

經典的H橋由兩個半橋組成，可提供必要的電機電流。它還實現了一種將電機電流反轉為反轉旋轉方向的簡單方法

某些直流電機使用分立式MOSFET來實現H橋，但這種方法會消耗大量的PCB空間。如今，各種H橋驅動IC可用于減少PCB面積并簡化電機整體控制。其中一些驅動IC由兩個半橋電路組成，可以連接到完整的H橋中，也可以單獨用于驅動其他負載，如閉鎖繼電器或螺線管。

電機控制

為了提供速度和位置控制，電機驅動IC需要來自電機的反饋。這是通過監控電機電流來實現的。電機電流在由換向器切換時變化，從而產生紋波。通過計算這些紋波，您可以確定電機速度和/或旋轉位置。

電機電流也可以用作停止旋轉的信號。通常，當有刷直流電機首次連接到直流時，會有一個很大的浪涌電流。然后，在旋轉過程中，電流降低到較低的水平?，F在，如果電機失速或其旋轉以某種方式停止，電流將急劇增加。該瞬變可以用作電機驅動IC的“停止”信號。檢測電機電流通常需要串聯電阻或分流電阻。這可能位于驅動IC外部，盡管某些驅動IC集成了檢測電阻。

集成保護

電機驅動IC的一個有益特性是集成保護電路。例如，欠壓鎖定（UVLO）如果電源電壓降至特定值以下，則會關閉H橋。過流保護（OCP）是另一項功能，可檢測輸出短路或其他過電流情況并提供自動關斷。然后是熱關斷（TSD），如果IC的溫度超過其規定的最大值，則會切斷電源。

“必須”功能是一種睡眠模式，可在設備一段時間內未處于活動狀態時減少電流消耗。

其中一些驅動程序功能在家庭自動化產品中很有用。例如，智能門鎖使用電機移動死栓或閂鎖以進行鎖定或解鎖。前面提到的失速檢測方法，涉及監控電機電流峰值，可用于在鎖完全打開或關閉時關閉電機。在某些情況下，可以使用外部傳感器來確定運動的結束，發出完全打開或關閉的信號。

另一種電機用途是在監控攝像機或視頻門鈴上移動紅外截止濾波器。紅外濾光片在白天使用，但在夜間移除，以提供來自紅外LED照明物體的反射紅外光的感應。一個小型有刷電機移動紅外濾光片。

前面討論的有刷電機驅動IC的一個例子可以在德州儀器的DRV82xx系列中找到。DRV8210 封裝了兩個半橋，每個半橋可提供高達1.76A 的最大電流，電源電壓范圍為1.65至11V。邏輯電源可以是1.8、3.3或5V.UVLO、OCP和TSD保護以及睡眠模式。該器件采用4×4mm WSON 封裝或 SOT563 1.2 × 1.6mm封裝，因此占用的空間極小。

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