基于IR2104的电机驱动方案探讨.pdf

产业与科技论坛2023年第22卷 第6期Industrial&Science Tribune2023（22）6基于 的电机驱动方案探讨黄异飞 王梓恒 张世猛 王 媛【内容摘要】在飞思卡尔智能车竞赛中每一竞赛组都有相应的车模、赛规、赛道都会利用驱动电路去控制电机的转动从而带动小车前行不同的车模电机个数、型号不同说明要根据不同的车模设计不同的驱动电路 本文主要针对飞思卡尔智能汽车竞赛 车车模的驱动电路进行分析设计 在竞赛中常用的驱动电路方案有多种本文介绍一种基于 的单片机电机桥式驱动电路方案通过调节外加入的 占空比可以简易地控制电机的转速【关键词】电机驱动桥式驱动电路【作者简介】黄异飞王梓恒张世猛绵阳城市学院信息与控制工程学院王媛()女四川绵阳人绵阳城市学院信息与控制工程学院副教授硕士研究方向:控制工程 全国大学生智能汽车竞赛由教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会主办是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动的大学生科技竞赛之一 其中大赛要求 车车模使用的直流电机为 电机功率较大工作电流也较大单片机带负载能力差不能承受电机转动时的大功率和大电流因此运用单片机搭建由大功率 沟道 管元件构成的全桥电路来驱动电机 并通过调节控制信号占空比大小经过驱动芯片控制加在电机上的均匀电压来控制转速 使用全桥式 管驱动器集成电路可以较好地实现电机的正转、反转等基本操作 一般是利用基于 桥的驱动电路基于 桥的驱动电路就是由 个 管组成再配合一些元器件构成的电路一、驱动电路的设计(一)驱动原理 直流电机的驱动方式各种各样但驱动原理却是不变的 桥电路形似英文字母“”四个 管构成了“”竖直的两端电机处在“”的中间的一横“”桥电路之所以被普遍运用是因为它既可以使电机得到正向电流正转还可以使电机得到反向电流从而反转 导通后就会产生两种不同的流向的电流如图 所示图 桥电路原理图当左上角和右下角的两只 管导通左下角和右上角的两只 管都截止电流从电源正极流经左上角 管之后从电机的左端到右端流过电机然后经过右下角 管流入电源负极使得电机正转 另一种流向的电流恰好相反流经电流从电机正端流出使得电机反转 这样的设计确保了改变 管的导通情况就可以改变电机正反两个方向的转动驱动电机时需要保证用桥同侧的两个 管不会同时导通以防止电流从电源正极穿过两个 管直接回到负极电路上除了 管没有其他元件电流达到最大值烧坏 管和电源构成 桥驱动电路有多种方案可以直接用 个 管等分立的元件搭建 桥也可以利用一些驱动芯片搭建 桥分立元件体积大、数量多、各元件特性不同等特点会导致由分立元件搭建的 桥电路体积大、性能不稳定等缺点所以选择利用驱动芯片构建 桥的方案 驱动芯片有很多选择一般可以用、等(二)简介 是高电压、高速电源 和 驱动器具有独立的高电平和低电平侧参考输出通道 是一个集成半桥电机驱动芯片因此想要一个全桥式的直流电机驱动电路需要两片 芯片才能搭建成 并且像 这种类型的半桥驱动芯片能够驱动高低端两个 沟道 管能提供较大的栅极驱动电流 的输入电压可达到 完全满足电机工作时的运行电压 价格低功能完善而且损坏所造成的损失也是可以接受的 典型电路如图 所示图 典型电路由于 沟道高边开关省去一个电荷泵从而消除了电磁干扰 接口与微控制器是由简单的集成的驱动 的特色为逻辑电平输入诊断与电流检测转换率的调整死区时间生成和防止过热过压欠压过流和短路 的引脚功能定义2023年第22卷 第6期产业与科技论坛2023（22）6Industrial&Science Tribune如表 所示表 引脚定义表引脚号 名称功能描述电源输入 输入定义高或低边 是否导通使能信号高电平有效芯片工作 低侧回流低侧门极驱动输出高侧浮动电源回流高侧门极驱动输出高侧浮动电源输入脚 (三)驱动方案 由 的简介可知 芯片是半桥驱动芯片那么想组建一个直流电机全桥驱动就需要两个 芯片 驱动电机的 桥及其外围电路如图 所示图 桥及其外围电路电机的驱动完成之后就需要考虑电机的调速问题了像小型直流电机最好的调速方法是减压调速 直流电机调速可采用脉宽调制直流调速技术它具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和耗损低等特点 控制的基本原理是按照固定频率来进行电源的通断并根据需要修改一个周期内控制开关的通断时间比来改变直流电机中电枢电压的“占空比”以此来改变平均电压大小来控制电机转速的大小 当电机处于接通电源的状态时电机转速加快当直流电机处于断开电源的状态时电机转速降低所以只要根据需要改变电机通电的时间就可以改变电机转速单片机的 引脚如果直接与 的 引脚相连会在电机高速运转的同时产生大电流另外由于驱动电路可能会产生较大的回灌电流为避免对单片机产生影响可用隔离芯片隔离 隔离芯片选取有很多方式如 等这些芯片常做控制总线驱动器作用是保护电路满足一定条件后输出与输入相同可停止数据单向传输即单片机信号能够得到驱动芯片反过来不行 如图 所示图 隔离电路由于电池提供的电源为 而隔离电路用到了 的电源所以还需要加一个降压电路 使用 对电源电压进行降压如图 所示 电源电压必须大于选择的 或者 管的导图 降压电路图通电压比如智能车电路里 用的 就大于 的导通 因此如图 所示还需要一个升压电路为 提供足够大的电压图 升压电路图然后综合所有电路就得到完整的驱动电路原理图如图 所示图 驱动电路原理图二、测试与分析要设计一个驱动电路可以驱动电机运行并且通过改变电流的数值来控制电机转速 也就是要利用驱动芯片搭建桥式驱动电路依靠调整 波的占空比大小从而改变电机的转速根据 原理以及资料分析得到的驱动方案搭建好驱动电路驱动电路搭建完成后检查是否存在错误如有错误立即进行修改 驱动电路确认无误后与主电路相结合通上电源调节 波的占空比观察电机转速的变化以及变化速度的快慢三、结语基于 的驱动电路结构简单并且 内部自带保护电路减少了电路短路等故障给芯片带来的伤害所以由 构成的驱动电路相当耐用驱动电路稳定可靠一般不会出现故障【参考文献】芯片资料 /.:/./张鹏飞齐晓慧.基于 沟道 管 桥驱动电路设计与制作.科技信息:郑宏捷.电力电子技术.北京:科学普及出版社