如何選擇合適的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片

在現(xiàn)代生活中，電機(jī)廣泛使用在家電產(chǎn)品、汽車電子、工業(yè)控制等眾多應(yīng)用領(lǐng)域，每一個(gè)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)都離不開合適的驅(qū)動(dòng)芯片。納芯微提供豐富的電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品選擇，本期視頻將重點(diǎn)介紹常見(jiàn)電機(jī)種類與感性負(fù)載應(yīng)用，幫助大家更深入了解如何選擇合適的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。

常見(jiàn)感性負(fù)載的種類及應(yīng)用介紹

電機(jī)本質(zhì)上是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，通過(guò)電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，主要分為直流有刷電機(jī)（BDC）、直流無(wú)刷電機(jī)（BLDC）和步進(jìn)電機(jī)（Stepper）三類，除了電機(jī)外，繼電器和電磁閥也屬于常見(jiàn)的感性負(fù)載，其驅(qū)動(dòng)原理與電機(jī)相似。

常見(jiàn)感性負(fù)載的種類及應(yīng)用介紹

在日常生活中，電機(jī)廣泛應(yīng)用于各種電器設(shè)備中，幾乎無(wú)處不在。例如，在汽車內(nèi)，車窗升降、座椅調(diào)節(jié)、后視鏡調(diào)整、電動(dòng)尾門控制以及車門鎖閉等功能都依賴于不同類型的電機(jī)作為核心部件。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的工作原理

一個(gè)典型的H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片下圖所示，芯片內(nèi)部由四個(gè)MOS管組成H橋（HS1,HS2,LS1,LS2），芯片輸出OUT1和OUT2分別連接直流有刷電機(jī)的兩個(gè)電刷，芯片輸入端與控制單元連接，通過(guò)控制內(nèi)部MOS管的通斷從而控制輸出端與電機(jī)繞組中的電流大小和方向。

正轉(zhuǎn) Forward

反轉(zhuǎn)Reverse

緩慢續(xù)流 Slow decay

快速續(xù)流 Fast decay

正轉(zhuǎn) Forward：電流從OUT1流向 OUT2，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)。

反轉(zhuǎn) Reverse：電流從OUT2流向 OUT1，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的反轉(zhuǎn)。

緩慢續(xù)流 Slow decay：同時(shí)導(dǎo)通LS1和LS2兩個(gè)下管，繞組電流慢速泄到地，實(shí)現(xiàn)繞組放電，即剎車或慢速衰退。

快速續(xù)流 Fast decay：若此時(shí)打開LS1和HS2，則會(huì)在繞組兩端施加一個(gè)負(fù)電壓，繞組電流會(huì)被電源快速吸收，即快速衰退。

以上四種工作模式通過(guò)控制 MOS 管的開關(guān)狀態(tài)，精準(zhǔn)調(diào)整電機(jī)的工作狀態(tài)，滿足各種應(yīng)用需求。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的關(guān)鍵參數(shù)

在選擇電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，以納芯微NSD7312H橋驅(qū)動(dòng)IC為例：

納芯微NSD7312封裝形式

VM工作電壓和最大耐壓：最大耐壓代表該芯片能承受的最大電壓范圍，NSD7312的工作電壓為5V至36V，最大耐壓為40V。

輸入控制方式：NSD7312的輸入控制方式為IN1和IN2邏輯輸入，支持PWM調(diào)制來(lái)控制電機(jī)速度。同時(shí)NSD7312內(nèi)置PWM電流調(diào)制功能，在電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程或者負(fù)載出現(xiàn)較大電容時(shí)，該功能可有效減小峰值電流，降低由于瞬態(tài)電流過(guò)大從而對(duì)系統(tǒng)造成的沖擊。

輸出電流：NSD7312的理論電流能力為3.5A，在實(shí)際應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)芯片的電流能力通常需要綜合評(píng)估電流的持續(xù)時(shí)間、芯片散熱、功耗，以及環(huán)境溫度等因素來(lái)共同決定。

電流調(diào)制和采樣：NSD7312內(nèi)部集成了電流調(diào)制功能，在電流達(dá)到設(shè)置的峰值Itrip后，芯片會(huì)通過(guò)PWM斬波方式來(lái)限制工作電流不超過(guò)該設(shè)定值。另外，NSD7312還內(nèi)部集成電流采樣功能，可實(shí)時(shí)檢測(cè)電流的大小。

保護(hù)和反饋：NSD7312集成豐富的保護(hù)功能如VM欠壓保護(hù)、OCP過(guò)流保護(hù)、TSD過(guò)熱保護(hù)、和故障反饋等。

納芯微多通道半橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片

在直流有刷電機(jī)的應(yīng)用

納芯微多通道半橋驅(qū)動(dòng)NSD8381支持多種馬達(dá)工作模式：

獨(dú)立模式：驅(qū)動(dòng)n/2直流馬達(dá)

并聯(lián)模式：增加驅(qū)動(dòng)電流

串聯(lián)&分時(shí)復(fù)用：橋臂共享輸出，分時(shí)復(fù)用，支持更多馬達(dá)數(shù)量

獨(dú)立的高低邊開關(guān)（驅(qū)動(dòng)繼電器，LED等）：支持超低電流開路檢測(cè)

納芯微多通道半橋驅(qū)動(dòng)NSD8381方案

納芯微多通道半橋驅(qū)動(dòng)NSD83xx系列：

提供6/8/10/12通道半橋方案，該系列內(nèi)置8路PWM生成器，僅通過(guò)SPI即可實(shí)現(xiàn)輸出PWM的頻率與占空比配置。

提供智能診斷功能，幫助車機(jī)系統(tǒng)判斷負(fù)載連接狀態(tài)，如果出現(xiàn)斷線或者短路情況，外部MCU可以通過(guò)芯片內(nèi)部寄存器，獲取獨(dú)立通道的報(bào)錯(cuò)信息。

納芯微多通道半橋驅(qū)動(dòng)NSD83xx系列功能框圖

納芯微步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片

在雙極性兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用

一個(gè)典型的雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)置兩個(gè)H橋電路（如下圖所示），輸出分別控制步進(jìn)電機(jī)兩個(gè)繞組的電流方向和大小。

雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)

通過(guò)給兩個(gè)繞組提供多細(xì)分度的正交電流，可以精確控制電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)矢量的方向和大小，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的精準(zhǔn)位置控制。

電流的細(xì)分度越高，步進(jìn)電機(jī)控制的位置精度和平滑度也越好。根據(jù)細(xì)分度不同常見(jiàn)有4細(xì)分，16細(xì)分，32細(xì)分等模式。

?步細(xì)分示意圖

對(duì)于步進(jìn)驅(qū)動(dòng)芯片而言，除了內(nèi)部的H橋驅(qū)動(dòng)之外，更重要的是對(duì)輸出細(xì)分電流的精準(zhǔn)控制。以1/4細(xì)分模式為例，90°的電位角內(nèi)電流值有四個(gè)細(xì)分度，2個(gè)繞組的電流是呈90°相位差的正弦波形。

驅(qū)動(dòng)芯片通過(guò)控制算法和調(diào)制電路，精準(zhǔn)控制H橋進(jìn)行電流調(diào)制，使電機(jī)繞組內(nèi)電流正好為我們?cè)O(shè)定的波形和大小，同時(shí)對(duì)輸出電流采樣，實(shí)現(xiàn)反饋控制。

對(duì)于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片需要關(guān)注的芯片參數(shù)有：工作電壓、相電流大小、控制信號(hào)類型、最大細(xì)分度、電流調(diào)制及衰退模式以及保護(hù)功能等。

納芯微NSD8381功能框圖

納芯微目前能夠提供最高1/32細(xì)分的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片NSD8381，該芯片內(nèi)置兩個(gè) H 橋結(jié)構(gòu)，可控制雙極性兩相步進(jìn)電機(jī)。支持細(xì)分度調(diào)節(jié)，如 1/16 步、1/32 步等，可滿足高精度控制需求。廣泛用于車載 AFS（自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)）、水泵、工業(yè)冰箱、打印機(jī)等多種領(lǐng)域。

納芯微始終致力于為客戶提供高性能的電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案，無(wú)論是在汽車、工業(yè)還是消費(fèi)電子領(lǐng)域，都能夠?yàn)橛脩魩?lái)更為高效、穩(wěn)定的產(chǎn)品選擇。

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納芯微電子（簡(jiǎn)稱納芯微，科創(chuàng)板股票代碼688052）是高性能高可靠性模擬及混合信號(hào)芯片公司。自2013年成立以來(lái)，公司聚焦傳感器、信號(hào)鏈、電源管理三大方向，為汽車、工業(yè)、信息通訊及消費(fèi)電子等領(lǐng)域提供豐富的半導(dǎo)體產(chǎn)品及解決方案。

納芯微以『“感知”“驅(qū)動(dòng)”未來(lái)，共建綠色、智能、互聯(lián)互通的“芯”世界』為使命，致力于為數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)世界的連接提供芯片級(jí)解決方案。