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大功率直流馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)——ABU ROBOCON 2005比賽之動(dòng)力方案

發(fā)布時(shí)間：2010-2-23 17:16 發(fā)布者：嵌入式公社

關(guān)鍵詞： ABU , ROBOCON , 大功率 , 動(dòng)力 , 方案

在機(jī)器人及精密控制等領(lǐng)域里，步進(jìn)馬達(dá)、伺服馬達(dá)越來越被廣泛應(yīng)用。不過，在大功率動(dòng)力動(dòng)力，直流馬達(dá)，包括傳統(tǒng)的有刷馬達(dá)(Brushed DC motor)和日益廣泛應(yīng)用無刷馬達(dá)(Brushless DC motor)，還占據(jù)主要的市場(chǎng)份額。本文根據(jù)個(gè)人的經(jīng)歷，介紹兩種大功率直流馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)方案，由于其驅(qū)動(dòng)電流非常大，很適合應(yīng)用在ABU ROBOCON等類型的比賽機(jī)器人。

首先介紹的是來自IR公司的IR2104半橋(half-bridge)驅(qū)動(dòng)芯片（除了IR2104外，IR公司還提供大量的選擇——只可惜，好像很少全橋驅(qū)動(dòng)芯片），這個(gè)系列的芯片價(jià)格比較低，外圍部件不多。不過由于它僅僅提供半橋的驅(qū)動(dòng)，如果需要全橋(full-bridge)，那就需要兩個(gè)了，這個(gè)在后面將給出一個(gè)來自別人的例子。

下圖就是我做的一個(gè)電路：

這個(gè)電路基本就是采用Datasheet里提供的電路，不過為了擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)電流，所有的MOSFET都是用2個(gè)并聯(lián)。這里選用IRFIZ34，常用 IR公司的產(chǎn)品也許直到這個(gè)型號(hào)（型號(hào)中帶字母“I”，大概是來自‘’isolated”）是TO220--Fullpack包裝，也就是散熱片是隔離的，這樣就可以將所有的MOSFET安裝在同一個(gè)散熱片上，非常方便。不過這種包裝的產(chǎn)品最大電流不會(huì)很大，并且價(jià)格比普通的TO220包裝的要貴。

這個(gè)電流最需要注意的是Bootstrap二極管（圖中D2/D3）和Bootstrap（圖中C22/C32）電容的選取。Bootstrap二極管需要選取快速開關(guān)的型號(hào)，例如1N4148，還要考慮電流。至于Bootstrap的選取，就更麻煩了，你可以仔細(xì)閱讀IR的應(yīng)用說明，例如這個(gè)“Bootstrap Component Selection For Control IC’s (pdf)”。應(yīng)該選取漏電電流非常小的電容。我們剛開始做的時(shí)候，由于沒有太多相關(guān)的知識(shí)，用了電解電容，結(jié)果MOSFET不到一分鐘就可以熱雞蛋，幸好沒有糊掉。

另外一個(gè)需要注意的地方是并聯(lián)MOSFET。為了獲取更大的電流，在這個(gè)設(shè)計(jì)所有的MOSFET兩兩并聯(lián)，每個(gè)MOSFET一定要單獨(dú)通過電阻與 IR2104相連，否則將容易造成震蕩，造成MOSFET的燒毀。如下就是錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)，我已經(jīng)因?yàn)檫@個(gè)設(shè)計(jì)燒掉一筐MOSFET了。

關(guān)于電路的布線，需要注意的是Bootstrap電容一定要盡量靠近IR2104。

下面這個(gè)設(shè)計(jì)來自別人，用兩個(gè)IR2104各自驅(qū)動(dòng)一個(gè)半橋，最后組成全橋：

下面是文章的另一個(gè)部分，介紹來自ST公司的TD340。

TD340是ST比較新的產(chǎn)品，外圍電路極為簡(jiǎn)單，功能也很完整，包括：

1. 內(nèi)置Bootstrap二極管。
2. 內(nèi)置5V整流，可以供MCU使用。
3. 可以自己產(chǎn)生PWM（25KHz）。
4. 帶模擬溫度輸出（需要ADC來轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)）。

由于功能比較完善，價(jià)格當(dāng)然是不便宜了。我用的電路就是Datasheet提供的電路，如下圖：

不一樣的是MOSFET，我用了電流更大的STP100NF04，號(hào)稱可以通過120A電流，而且它的R(DS)非常小，只有4.6mOhm，所以就算電流很大，在MOSFET上損耗的功率都不會(huì)太大，發(fā)熱量也就是不會(huì)太大，在一些電流要求不是很大的情況下，甚至可以不同散熱片。另外，TD340和 STP100NF04都是專為汽車電子設(shè)計(jì)，可靠性非常不錯(cuò)，在惡劣的氣溫下工作也完全沒有問題。

這個(gè)電路非常簡(jiǎn)單，由于內(nèi)置Bootstrap二極管，所以唯一需要考慮的就是Bootstrap電容，Datasheet上推薦使用10倍的 MOSFET gate capacitance，例如我用的STP100NF04，gate capacitance=5.1nF，所以我在電路中用47nF的電容。

由于強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力，除了用來做機(jī)器人，我們現(xiàn)在還在考慮將這個(gè)電路用在電動(dòng)自行車、汽車電子等應(yīng)用領(lǐng)域上。

來源：RobotDIY

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