用电流调节优化直流电机驱动器|电子设计

你会学到什么：

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），本文研究了集成到Myriad电机驱动器IC中的当前调节功能，以解决高电流条件。在许多情况下，使用当前调节可以允许设计人员使用较小的电机驱动器IC。

为了简化，在所有示例中使用刷式DC电动机，但是这里描述的过程也可以应用于无刷DC（BLDC）电机系统。

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显示此设置。后部EMF是电动机产生的电压，它与电机速度成比例。串联电阻仅仅是绕组的直流电阻。

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。

当扭矩施加到轴上时，电机向下减速，导致V_BEMF.在v之间产生电压差的同时减少_SRC.和V._BEMF.。该电压差产生电流（（v_SRC.- V._BEMF.）/ R._S.）从源头流动。

请注意，这是一种简化，理想的近似。实际上，有损失，一些电流始终从源流出。

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，以及桌子下面显示了电机的规格。

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_我设置别针。该电压与电动机电流成比例。如果电流达到1.5 V，则MP6522将在重新启用之前关闭电机电流，以便固定的时间段。

电机具有大量电感。当使用电流调节驱动电动机时，当H-Bridge接通时电流上升，然后达到当前跳点点时落下，随后驾驶员关闭电流。结果在三角电流波形中（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DC电动机。如果没有当前的规定（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。

当电流关闭时，电机达到全速。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，电机换向导致波形中的电流纹波。随着电动机旋转，换向器从一个段移动到下一个段，并将电流转移到下一个绕组。在这些过渡期间，电流不断上升并按少量下降。这与电机驱动器无关。

通过设置r_我设置电阻至10kΩ，可以设置MP6522以提供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，电机在50毫秒中达到全速的全速相比，它需要电机80 ms在这种情况下达到全速。

由于电流与施加到电动机的扭矩成比例，因此限制在启动时的电动机电流也限制了扭矩。因为扭矩从停止到最终速度的扭矩加速器，所以限制扭矩也限制了这种加速度，这意味着电机需要更长时间以达到其全速。机械系统的惯性需要扭矩加速。因此，如果大质量耦合到电动机（例如，飞轮），则时间甚至延长时间。

机械系统具有摩擦，这是一种静力，以及静止。静态函数与摩擦类似，但是一旦系统移动就会下降。为了移动，电机必须有足够的扭矩来克服摩擦和沉降。这意味着设计人员无法将电机的启动电流设置得太低。如果电流限制过多，则电机可能根本无法开始移动，或者可能需要太多时间来达到所需的速度。

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