如何為不同的電機(jī)選擇合適的驅(qū)動(dòng)芯片？納芯微帶你深入了解！

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，本期技術(shù)分享將重點(diǎn)介紹常見電機(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的感性負(fù)載，其驅(qū)動(dòng)原理與電機(jī)相似。

常見感性負(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：?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NSD7312?H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)電流過大從而對系統(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PWM斬波方式來限制工作電流不超過該設(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過流保護(hù)、TSD過熱保護(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

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)分度不同常見有4細(xì)分，16細(xì)分，32細(xì)分等模式。

?步細(xì)分示意圖

對于步進(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)電流正好為我們設(shè)定的波形和大小，同時(shí)對輸出電流采樣，實(shí)現(xiàn)反饋控制。

對于步進(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。