苹果|【知识分享】直流电机驱动电路设计讲解( 三 ) Kindle|CPU|ipad mini

场效应管输出
大功率场效应管内部在源极和漏极之间反向并联有二极管，接成H桥使用时，相当于输出端已经并联了消除电压尖峰用的四个二极管，因此这里就没有外接二极管。输出端并联一个小电容(out1和out2之间)对降低电机产生的尖峰电压有一定的好处，但是在使用PWM时有产生尖峰电流的副作用，因此容量不宜过大。在使用小功率电机时这个电容可以略去。如果加这个电容的话，一定要用高耐压的，普通的瓷片电容可能会出现击穿短路的故障。
输出端并联的由电阻和发光二极管，电容组成的电路指示电机的转动方向。
性能指标
电源电压15~30V ，最大持续输出电流5A/每个电机，短时间(10秒)可以达到10A ， PWM频率最高可以用到30KHz(一般用1到10KHz) 。电路板包含4个逻辑上独立的，输出端两两接成H桥的功率放大单元，可以直接用单片机控制。实现电机的双向转动和调速。
布线
大电流线路要尽量的短粗，并且尽量避免经过过孔，一定要经过过孔的话要把过孔做大一些(>1mm)并且在焊盘上做一圈小的过孔，在焊接时用焊锡填满，否则可能会烧断。另外，如果使用了稳压管，场效应管源极对电源和地的导线要尽可能的短粗，否则在大电流时，这段导线上的压降可能会经过正偏的稳压管和导通的三极管将其烧毁。
在一开始的设计中， NMOS管的源极于地之间曾经接入一个0.15欧的电阻用来检测电流，这个电阻就成了不断烧毁板子的罪魁祸首。当然如果把稳压管换成电阻就不存在这个问题了。
低压驱动电路的简易栅极驱动
一般功率场效应管的最高栅源电压为20V左右，所以在24V应用中要保证栅源电压不能超过20V ，增加了电路的复杂程度。但在12V或更低电压的应用中，电路就可以大大简化。

上图就是一个12V驱动桥的一边，上面电路的三极管部分被两个二极管和两个电阻代替。由于场效应管栅极电容的存在，通过R3 ， R4向栅极电容充电使场效应管延缓导通；而通过二极管直接将栅极电容放电使场效应管立即截止，从而避免了共态导通。
这个电路要求在IN端输入的是边缘陡峭的方波脉冲，因此控制信号从单片机或者其他开路输出的设备接入后，要经过施密特触发器（比如555）或者推挽输出的高速比较器才能接到IN端。如果输入边缘过缓，二极管延时电路也就失去了作用。
R3、R4的选取与IN信号边沿升降速度有关，信号边缘越陡峭， R3、R4可以选的越小，开关速度也就可以做的越快: 。
边沿延时驱动电路
在前级逻辑电路里，有意地对控制PMOS的下降沿和控制NMOS的上升沿进行延时，再整形成方波，也可以避免场效应管的共态导通。另外，这样做可以使后级的栅极驱动电路简化，可以是低阻推挽驱动栅极，不必考虑栅极电容，可以较好的适应不同的场效应管。下图是两种边沿的延时电路：

下图是对应的NMOS、PMOS栅极驱动电路：

这个栅极驱动电路由两级三极管组成：前级提供驱动场效应管栅极所需的正确电压，后级是一级射极跟随器，降低输出阻抗，消除栅极电容的影响。为了保证不共态导通，输入的边沿要比较陡，上述先延时再整形的电路就可以做到。
其他几种驱动电路
继电器+半导体功率器件
继电器有着电流大，工作稳定的优点，可以大大简化驱动电路的设计。在需要实现调速的电机驱动电路中，也可以充分利用继电器。有一个方案就是利用继电器来控制电流方向来改变电机转向，而用单个的特大电流场效应管（比如IRF3205 ，一般只有N型特大电流的管子）来实现PWM调速，如下右图所示。这样是实现特别大电流驱动的一个方法。换向的继电器要使用双刀双掷型的，接线如下左图；线圈接线如下中图。

步进电机驱动
?小功率4相步进电机的驱动
下面是一种驱动电路框图：

达林顿管阵列ULN2803分别从锁存器取出第0、2、4、6位和1、3、5、7位去驱动两个步进电机。四相步进电机的通电顺序可以有几种：A、B、C、D(4相4拍)；AB、BC、CD、DA(4相双4拍)；A、AB、B、BC、C、CD、D、DA(4相8拍) 。为了兼顾稳定性，转矩和功耗，一般采用4相8拍方式。所有这些方式都可以通过循环移位实现(也要有定期监控) ，为了使4相8拍容易实现，锁存器与驱动部分采用了交叉连接。
步进电机工作在四相八拍模式，对应每个步进电机要有四个信号输入端，理论上向端口输出信号可以控制两个步进电机的工作。寄存器循环移位奇偶位分别作两个步进电机的驱动端的做法，其思想如下：