mos電機(jī)驅(qū)動
(一)電機(jī)驅(qū)動
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),
(二)H橋驅(qū)動原理
實踐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。
mos電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計
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。
(一)采用集成電機(jī)驅(qū)動芯片
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 H 橋!
(二)大功率 MOS 管組成電機(jī)驅(qū)動電路
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。
電動機(jī)控制器中MOS的作用
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),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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