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硬件 - 电机相关部分整合

news 2026/7/1 15:53:20

目录

一、BLDC半桥驱动
1. 基本结构：
2. 为啥可以用在BLDC中:
3. 关于死区问题 - 这个得注意
4. 一些拓展部分
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二、关于MOS的使用
1. MOS驱动电流计算
2. 关于NMOS和PMOS做上下管的问题
3. 关于NMOS如何做上管
4. 关于栅极驱动信号振铃

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三、电机浪涌
1. 浪涌表现
2. 解决方式
2.1 串联电阻限流
2.2 软启动或者延迟电路
3. 造成影响

一、BLDC半桥驱动

1. 基本结构：

上下桥臂MOS、驱动IC、软启动；

上下两个部分是上下桥臂MOS，主要控制导通的时候电流流向；

驱动IC就不多说了...

软启动的话，可以防止电气、机械冲击。比如可以在MOS的栅-源极加个10nF的电容；
除此之外，还可以在栅源极加个10K或者再高些的电阻，做到关断；
然后上面的1N4148的二极管那块地方，在MOS被驱动的时候，电流通过R5从栅极那边过去，R5可以平滑一些振荡；在关断的时候，1N4148那里提供了一条回路，让电荷快速回去；

自举电容C3那地方布局的时候记得靠近EG2133，它拉高电平用的；
芯片上面那个FR107是个二极管，反向耐压值要比较大，工作频率至少要达到芯片驱动频率；

2. 为啥可以用在BLDC中:

这里用DRV8313的推荐原理图举例，因为EG2133推荐原理图没无刷电机，我懒得画...
比如这里我们想控制电流流过其中两相，那么只需要驱动OUT1的上管、OUT3的下管，电流从预计的地方过去了...

3. 关于死区问题 - 这个得注意

我们从一个情况出发来引出为什么要有死区；
在不考虑芯片带有死区控制的情况下，我们在驱动上下两个MOS管的时候，如果因为控制问题，导致上下两MOS管，某个极短的时间段同时导通。比如蓝色框框里那样，那么此时会导致给电机供电的电源和地短路，通过MOS的电流会非常非常大，很容易烧坏；

为了防止这个问题出现，在驱动MOS时，需要在里面插入死区时间，主要是防止上面的情况出现。或者说，你要让上下管导通切换的时候，要在中间插入一个时间段(死区)；

但是其实现在很多半桥IC内部都集成了这个功能，但是我们还是要了解为什么的...

4. 一些拓展部分

其实在实际BLDC中，OUT1/2/3，输出的部分，可以选两个地方放个采样电阻(大功率那种)，配合电流检测芯片，知道相电流。用来做控制算法的，电流环控制，或者MIT模式中力矩控制也是要知道电流的；
还有就是这个采样电阻布线的时候，可以用开尔文走线，因为说白了这种电流检测是利用电流流过电阻时产生的压降，或者说电阻左右电压很细微的不同，经过信号放大，从而映射出当前电流大小；
用开尔文走线的话，一方面能消除引线电阻和接触电阻的影响，另一方面两根线靠得近，有干扰的话，两条线一起干扰，最后的压差没变，问题就不是太大；

二、关于MOS的使用

1. MOS驱动电流计算

Qg / td(ON)+Tr = 89 / 113 ≈ 0.79A；
这个前提是MOS的上升时间要求是这么快，像这里这颗NMOS因为Rds(on)只有0.96mR，所以Qg算挺大的，一般不会用于太高速的开关；

2. 关于NMOS和PMOS做上下管的问题

为什么NMOS做下管，PMOS做上管呢？
先说下判断方式，NMOS和PMOS判断方式，我是这样认的，很方便；
NMOS的G极那个尖尖朝内，PMOS那里朝外，
不管NMOS还是PMOS，流向都是逆着体二极管(也就是DS中间那个二极管)，
然后NMOS流向是 D->S，PMOS流向是 S->D，这样也方便认出它们哪个是哪极；

首先是PMOS做上管，PMOS的导通条件是 Vgs<Vgs(th)，或者说是S极电压比G极多xxx；
在做上管的时候，S极直接接到输入部分，那么G极我们可控，那么这个Vgs就很好控了；

然后就是NMOS做下管了，NMOS导通条件 Vgs>Vgs(th)，或者说G电压比S电压多xxx；
做下管的时候，S极电压直接接地，G极可控，那么Vgs就好控了；
这里为什么不能直接做上管？一句话就是导通后，S极电压近似于D极电压了，那会出现一会开一会闭的情况，举个例子：
1.VCC=12V，Vgs(th)=2V，做上管的话起先S极电压是浮动的，我们就先算它是0V，那么G给个3V，Vgs=3V > Vgs(th)=2V，这里导通。
2.导通了，D极电荷压到S极那边去，S极电压也被拉高到差不多12V，那么此时Vgs = -9V，管子又关闭了...

3. 关于NMOS如何做上管

1.2那里说到NMOS做下管合适，不能直接做上管。
但是可能大家在电路设计中，尤其是电源设计时，有需要用到上管的需求，比如MOS开关，
此时因为NMOS的价格和Rds(on)都低于PMOS，Rds(on)和发热量，压降相关，所以希望使用NMOS做上管，那么就需要用到自举电路了；
这里我推荐是立创商城直接搜《高侧栅极驱动芯片》找个合适的IC，比如我下面这张，主要自举部分是R69，D16，C127，这里电阻作用就不必多说了，自举电容可以认为是给自举电容充电，利用电容两端电压不能突变原则，使得G极电压总是比S极高一些，然后这里的D16主要起到一个防止自举电容往反方向放电的作用；

4. 关于栅极驱动信号振铃

在使用MOS管的时候，需要给到栅极一个驱动信号，
这时候除了关注这个驱动信号电流多大，是否能满足MOS快速关断场景下给等效电容充电的需求，
另一方面需要考虑到驱动信号是否有振铃现象，出现振铃现象时，可以考虑串联电阻进行阻尼；

三、电机浪涌

1. 浪涌表现
大电容、电感器启动时，会有个瞬态大电流，可能会持续几个周期，在它运行起来之后变得平滑；

2. 解决方式
2.1 串联电阻限流
使用NTC负温电阻，在板子未启动低温时提供大电阻，来限制电流，在板子跑了一段时间高温时，电阻降低，限制电流程度减小；正好对应如电机启动时大电流，进入状态后电流减小的情况（但是这里不太适用于我使用的轮足机器人，因为会经常的启动和停止电机，还可能导致板子高温，但是电机突然启动或堵转的情况）
2.2 软启动或者延迟电路
使用一些芯片来延长上升时间，来起到降低电流的情况；