直流电机学习（1）

        直流有刷电机的主要部件包括定子、转子、电刷和换向器。定子和转子之间的磁场相互作用驱动电机旋转，电刷和换向器则引入或引出直流电压和直流电流。这些部件共同作用，使直流有刷电机能够将直流电能转换成机械能或将机械能转换成直流电能。图1是直流有刷电机的基本框图来自microchip an905.

图1:直流有刷电机基本框图

        当电源接在电刷上，电刷接触换向器，转子产生磁场使得转子转动。直流电机的应用非常常见，如电动座椅，水泵，电风扇等。

        直流电机的常见参数有额定转速，额定电流，启动电流，启动电压。额定转速的单位是rpm指的是在1分钟内转多少圈，全称（Revolutions Per Minute），启动电流通常比较大，我们可以拉出直流电机的扭矩速度曲线如图2所示。参考maxon 文档（How to interpret the data of maxon motors?）

图2:扭矩和速度线

        从图中可以理解，当速度很低的时候电流很大扭矩很大，当速度上去了扭矩就小了。补充一张电机启动时候电流波形图，如图3所示。

图3:电机启动电流波形图

        电机的额定电压只是参考的电压，实际上我们可以给更高或者更低的电压，电机通常也不会坏，但是通常电机都工作在额定电压范围附近。如果只给电机连接一个固定的电源那么电机通常会工作在固定转速。通常我们要控制电机的转速或者方向。

既要完成换向又要完成调速往往需要H桥控制，H桥的基本框图如下图4所示。

图4:H桥的基本框图

        通常给电机供电的那个电源叫VM，H桥非常好理解当Q1和Q3同时导通时候电机往A方向转，当Q2和Q4导通时候电机往B方向转。如果要调速就让这一对管子的其中一个常开另外一个PWM调制即可。

        以Q1和Q3为例，当Q3常开Q1 PWM启动电机时电机的模型如下图5所示，参考MPS（Stepper Motors and Back EMF），Q3可以直接接一个参考地高于Mosfet Vth的电压，而Q1应该接一个参考Q1的source 的电压确保Q1正确的打开工作在Mosfet RDson比较小的区间里而避免发热。

图5:电机等效模型

        通常Motor Driver内部都提供了charge pump，以DR70x的内部框图为例如下图6所示，内部包含了一个charge pump，charge pump的功能在图7得到体现。

图6:DR70x内部框图

图7：高边G到S的电压

        有了charge pump(电荷泵)就能让Q1 Vgs的电压架在电机的电压上从而免受Back EMF 的影响。

其中Back EMF指的是电机旋转时候产生的电压，电机两端电压的计算公式为公式1所示。

 公式1

下一篇在详细的说说Back Emf。

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