调节直流电机的pwm驱动控制电路设计思路（调节直流电机的pwm驱动控制电路设计方案）

PWM脉宽调制是调节直流电机速度的好方法。本文介绍了两种驱动电路，采用24V电源（可接受输入范围15V-30V），最大电流为80A。这些驱动器可用于调节小型电动汽车的速度。第一个驱动器使用PROFET 功率管，工作开关频率为500Hz。第二种采用MOSFET功率管，工作频率为20KHz。我们都知道开关频率越高越理想。

开关理论

理想的开关频率应远高于电机的速度，使电机产生由直流驱动的错觉。从数量上来说，开关频率必须至少是电机速度的5倍。例如，如果电机速度为6000rpm (100 rps)，则开关频率必须为100Hz * 5=500Hz 或更高。另一种计算方法是开关频率远高于电机时间常数的倒数，即1/Ta，其中Ta=L/R是电机时间常数。显然，L和R代表电机的内阻。典型的直流电机，如200W功率，24V供电，L=1mH，R=0.5欧姆。这样计算，1/Ta=R/L=0.5/0.001=500Hz。在这种情况下，开关频率必须达到KHz级别。上面提到的20KHz是常用的频率。这也避免了音频范围内电机的振动和噪音干扰。

搭建指南

下图中的电路在面包板上构建并不困难。最好将功率器件（PROFET 或MOSFET）放在单独的板上并连接散热器。看下面的实际电路照片，功率器件必须用很粗的电缆连接到电源或电池和电机。本文使用1.5mm（1.77平方毫米）镀锡铜线来连接功率器件和电缆连接器。对于平均电流小于20A 的电机来说这已经足够了。连接器和引线的截面积必须大于2平方毫米。对于更高电流的电机，显然需要更粗的电缆。这里要特别注意避免任何形式的短路，尤其是连接大容量电池时。必须使用带限流功能的电源，并先用小电机测试通电后电路是否能正常工作。

脉宽调制电路设计

通过上图左下角的47K可变电阻，PWM信号的占空比在0%到100%之间可调，而右上角的R和C则决定输出滤波器的截止频率。两个不同的截止频率对应于电阻器和电容器的选择值。

12V电源

小电流电路部分（不包括电机）可用12V线性电源供电。输入电压设计在15V以上，最大电流1A，需要散热片。

基于Power PROFET 的PWM 电机驱动

第一个电机功率驱动电路基于PROFET管BTS555，其工作开关频率为500Hz。可以说BTS555是一款速度比较低的设备。应该注意的是，当使用BTS 555 和两个二极管DS75-08B 和DS175-08B 驱动更高电流的电机时，需要更大的散热器。目前更常见、更好的设计是下面基于MOSFET 的版本。

基于功率MOSFET 的PWM 电机驱动

不用说，MOSFET方案之所以更好，是因为它的开关频率更高，达到了20KHz。该电路还避免了PROFET设计中功率二极管的压降和功率损耗。但MOSFET本身需要一定的功率驱动，因为MOSFET的容性负载很大，栅极电平需要2A以上的电流驱动才能导通。因此，需要在PWM电路和电机驱动电路之间插入第一级MOSFET驱动电路。同时，随着电机电流的增大，也需要更大的散热器。

MOSFET 驱动器示例1

一个可行的MOSFET驱动电路，不如例2。

MOSFET 驱动器示例2

堪称最好的MOSFET驱动电路，采用专用芯片EL7212CN为核心。需要注意的是，该电路的输出逻辑是相反的。

一些示波器观察到的信号

这些波形是使用PicoScope 示波器在PC 上测量和采集的。使用0.1欧姆、10W的线绕电阻并测量两端的电压差来计算电流。不能排除其感性负载。该电路与电机串联（我们也测试了汽车灯），工作电压为18V，由最大电流为15A的直流电源提供。信号周期边缘的峰值过冲是由于电源的响应频率不够快，在直流电压瞬时切换时无法快速稳定造成的。被测直流电机无负载（15V，100W）。为了进行比较，还测量了车灯（12V 50W 的常见型号）。

500Hz、30% 占空比PWM 脉冲驱动直流电机。由于脉冲频率较低，电机电流随脉冲波形波动较大。

20KHz、30%占空比的PWM脉冲驱动直流电机。由于脉冲频率非常高，所有电机的电流看起来几乎都是直流。当然，不可避免地会出现一些峰值。

500Hz、30% 占空比脉冲驱动汽车灯。在这个频率下，车灯几乎呈现纯电阻，电流和电压同步变化。

20KHz、30% 占空比脉冲驱动汽车灯。在此频率下，车灯的感抗被反射，导致电流信号边缘出现巨大的峰值过冲。

本文翻译自Pico Technology英文技术库，