优化直流电机驱动器的电流调节|电子设计

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在启动直流电动机时，电机驱动器和电源在大电流上受到大量的电流。使用来自的例子单片电力系统（MPS），本文将研究电流调节功能集成到众多的电机驱动芯片中，以解决高电流条件。在许多情况下，使用当前的规定可以允许设计师使用更小的电机驱动IC。

为了简化，在所有的例子中都使用有刷直流电动机，但这里描述的过程也可以应用于无刷直流电动机系统。

在讨论当前限制和规定之前，重要的是考虑DC电机如何运行。

在其最简单的状态下，DC电机可以用电压称为背部电动势（EMF）-IN系列与电阻器建模。图1显示了这个设置。反电动势是由电机产生的电压，它与电机的速度成正比。串联电阻就是绕组的直流电阻。

扭矩，电动机产生的旋转力是在电流流过马达时产生的。

如果没有施加到电机的机械负载和电压（V._SRC）应用于电动机，然后电机旋转并加速直到后部EMF（V_BEMF.）随着v的级别上升_SRC．此时，没有电流。

当转矩作用在轴上时，电机减速，产生V_BEMF.在产生V和V之间的电压差时降低_SRC和V_BEMF.．这个电压差产生电流(V_SRC−V_BEMF.) / R_S.）从源头流动。

请注意，这是一个简化的理想近似。在现实中，有损耗，而且总有电流从源流出。

当电机停止时，v_BEMF.是0 V.图1表明，当您首先向电机施加电压时，电流仅受电机的串联电阻限制。这种电阻通常非常小，这导致电流的大流动，直到电动机开始旋转。电流通常比电机的额定连续电流大得多。图2.显示一个小型直流电动机，以及桌子以下为电机的规格。

这桌子列出1.25A的标称额定连续电流，这对应于最大允许的连续扭矩负载。有了这个值，人们可能认为电机驱动器只需要支持1.25 A的最大电流。

但是，停顿电流（当电动机停止时通过电机的电流通过电机）为3.3A。这意味着电机驱动器必须能够驱动停顿电流以获得电机旋转，或提供电流限制软启动电机。否则，电机驱动器可以激活过电流保护（OCP）函数。无法提供OCP的设备可能会损坏。

此外，启动电机所需的大电流必须具有可支持该高电流的电源。在电池供电的系统中，通过绘制高电流脉冲，电池寿命降低，即使它们是有限的持续时间，也有利于当电机启动时限制电流。

许多电动机驱动器IC包括某种形式的电流限制或当前调节。图3.显示电动驱动器IC-MPS的示例MP6522，H桥电机驱动器。通过感测两个低端MOSFET（LS-FET）的电流在IC内测量电动机电流。该测量由电流调节电路使用。

测量的电流通过r上的小外部电阻缩放到电压_我设置销。这个电压与电机电流成正比。如果电流达到1.5 V, MP6522在重新启用之前关闭电机电流一段固定的时间。

电动机有很大的电感量。使用电流调节驱动电机时，h桥开时电流上升，到达电流跳闸点时电流下降，随后驱动器关闭电流。结果在一个三角形的电流波形（图4中的绿色迹线）．该波形表明电流由MP6522在约1.5A的峰值处调节。

MP6522可用于驱动上述小型直流电机。如果没有现行的规定(R_我设置电阻=0Ω）和12-V电源，然后需要约3.6a的峰值电流来启动电机。图5.显示相关波形。

当电流稳定时，电机达到全速运转。在这种情况下，电机需要大约50毫秒才能达到全速。

请注意，当电机旋转时，电机换向会引起波形中的电流纹波。当电机旋转时，换向器从一个部分移动到下一个部分，并将电流转移到下一个绕组。在这些过渡期间，电流不断地小幅上升和下降。这和马达司机无关。

通过设置r_我设置电阻10 kΩ， MP6522可以设置为提供1.5 a的电流限制。图6.表明输出打开和关闭以限制通过直流电机的电流。

与电机在没有电流限制的情况下在50毫秒内达到全速相比，在这种情况下电机需要80毫秒才能达到全速。

由于电流与应用到电机上的转矩成正比，因此在启动时限制电机电流也会限制转矩。因为扭矩使电机从停止加速到最终速度，限制扭矩也限制了这种加速，这意味着电机需要更长的时间才能达到全速。机械系统的惯性需要扭矩来加速。因此，如果一个大的质量是耦合到电机(例如，飞轮)，那么时间是进一步延长。

机械系统有摩擦力，它是一种静力，也有摩擦力。阻力的作用类似于摩擦力，但一旦系统移动，阻力就会下降。为了移动，电机必须有足够的扭矩来克服摩擦和阻力。这意味着设计者不能将电机的启动电流设置得过低。如果电流限制太大，那么电机可能根本无法启动，或者可能需要太多时间才能达到所需的速度。

本文探讨了如何使用电机驱动程序（如MPS的MP6522）提供的当前调节功能，以调节和控制启动直流电机时流动的大电流。通过了解如何正确限制电机的启动电流，设计人员不仅可以使用较小的电机驱动程序，而且还可以优化其系统的当前交付。

用电流调节优化直流电机驱动器