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2024/11/20
在現(xiàn)代生活中，電機廣泛使用在家電產品、汽車電子、工業(yè)控制等眾多應用領域，每一個電機的運轉都離不開合適的驅動芯片。納芯微提供豐富的電機驅動產品選擇，本期技術分享將重點介紹常見電機種類與感性負載應用，幫助大家更深入了解如何選擇合適的電機驅動芯片。
常見感性負載的種類及應用介紹
電機本質上是一種能量轉換裝置，通過電磁感應原理將電能轉化為動能，主要分為直流有刷電機（BDC）、直流無刷電機（BLDC）和步進電機（Stepper）三類，除了電機外，繼電器和電磁閥也屬于常見的感性負載，其驅動原理與電機相似。
常見感性負載的種類及應用介紹
在日常生活中，電機廣泛應用于各種電器設備中，幾乎無處不在。例如，在汽車內，車窗升降、座椅調節(jié)、后視鏡調整、電動尾門控制以及車門鎖閉等功能都依賴于不同類型的電機作為核心部件。
電機驅動芯片的工作原理
一個典型的H橋電機驅動芯片下圖所示，芯片內部由四個MOS管組成H橋（HS1,HS2,LS1,LS2），芯片輸出OUT1和OUT2分別連接直流有刷電機的兩個電刷，芯片輸入端與控制單元連接，通過控制內部MOS管的通斷從而控制輸出端與電機繞組中的電流大小和方向。
正轉 Forward： 電流從OUT1流向 OUT2，實現(xiàn)電機的正轉。
反轉 Reverse：電流從OUT2流向 OUT1，實現(xiàn)電機的反轉。
緩慢續(xù)流 Slow decay：同時導通LS1和LS2兩個下管，繞組電流慢速泄到地，實現(xiàn)繞組放電，即剎車或慢速衰退。
快速續(xù)流 Fast decay：若此時打開LS1和HS2，則會在繞組兩端施加一個負電壓，繞組電流會被電源快速吸收，即快速衰退。
以上四種工作模式通過控制 MOS 管的開關狀態(tài)，精準調整電機的工作狀態(tài)，滿足各種應用需求。
電機驅動芯片的關鍵參數(shù)
在選擇電機驅動芯片時，需要重點關注以下幾個關鍵參數(shù)，以納芯微NSD7312 H橋驅動IC為例：
納芯微NSD7312封裝形式
VM工作電壓和最大耐壓：最大耐壓代表該芯片能承受的最大電壓范圍，NSD7312的工作電壓為5V至36V，最大耐壓為40V。
輸入控制方式：NSD7312的輸入控制方式為IN1和IN2邏輯輸入，支持PWM調制來控制電機速度。同時NSD7312內置PWM電流調制功能，在電機啟動過程或者負載出現(xiàn)較大電容時，該功能可有效減小峰值電流，降低由于瞬態(tài)電流過大從而對系統(tǒng)造成的沖擊。
輸出電流：NSD7312的理論電流能力為3.5A，在實際應用中，驅動芯片的電流能力通常需要綜合評估電流的持續(xù)時間、芯片散熱、功耗，以及環(huán)境溫度等因素來共同決定。
電流調制和采樣：NSD7312內部集成了電流調制功能，在電流達到設置的峰值Itrip后，芯片會通過PWM斬波方式來限制工作電流不超過該設定值。另外，NSD7312還內部集成電流采樣功能，可實時檢測電流的大小。
保護和反饋：NSD7312集成豐富的保護功能如VM欠壓保護、OCP過流保護、TSD過熱保護、和故障反饋等。
納芯微多通道半橋電機驅動芯片在直流有刷電機的應用
納芯微多通道半橋驅動NSD8381支持多種馬達工作模式：
獨立模式：驅動n/2直流馬達
并聯(lián)模式：增加驅動電流
串聯(lián)&分時復用：橋臂共享輸出，分時復用，支持更多馬達數(shù)量
獨立的高低邊開關（驅動繼電器，LED等）：支持超低電流開路檢測
納芯微多通道半橋驅動NSD8381方案
納芯微多通道半橋驅動NSD83xx系列：
提供6/8/10/12通道半橋方案，該系列內置8路PWM生成器，僅通過SPI即可實現(xiàn)輸出PWM的頻率與占空比配置。
提供智能診斷功能，幫助車機系統(tǒng)判斷負載連接狀態(tài)，如果出現(xiàn)斷線或者短路情況，外部MCU可以通過芯片內部寄存器，獲取獨立通道的報錯信息。
納芯微多通道半橋驅動NSD83xx系列功能框圖
納芯微步進電機驅動芯片在雙極性兩相混合式步進電機的應用
一個典型的雙極性步進電機驅動芯片內置兩個H橋電路（如下圖所示），輸出分別控制步進電機兩個繞組的電流方向和大小。
雙極性步進電機驅動
通過給兩個繞組提供多細分度的正交電流，可以精確控制電機內部磁場矢量的方向和大小，從而實現(xiàn)步進電機的精準位置控制。
電流的細分度越高，步進電機控制的位置精度和平滑度也越好。根據(jù)細分度不同常見有4細分，16細分，32細分等模式。
?步細分示意圖
對于步進驅動芯片而言，除了內部的H橋驅動之外，更重要的是對輸出細分電流的精準控制。以1/4細分模式為例，90°的電位角內電流值有四個細分度，2個繞組的電流是呈90°相位差的正弦波形。
驅動芯片通過控制算法和調制電路，精準控制H橋進行電流調制，使電機繞組內電流正好為我們設定的波形和大小，同時對輸出電流采樣，實現(xiàn)反饋控制。
對于步進電機驅動芯片需要關注的芯片參數(shù)有：工作電壓、相電流大小、控制信號類型、最大細分度、電流調制及衰退模式以及保護功能等。
納芯微NSD8381功能框圖
納芯微目前能夠提供最高1/32細分的步進電機驅動芯片NSD8381，該芯片內置兩個 H 橋結構，可控制雙極性兩相步進電機。支持細分度調節(jié)，如 1/16 步、1/32 步等，可滿足高精度控制需求。廣泛用于車載 AFS（自適應前照燈系統(tǒng)）、水泵、工業(yè)冰箱、打印機等多種領域。
