直流電機(jī)：運(yùn)行階段、故障檢測(cè)和保護(hù)以及直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用

本文將對(duì)直流 (DC) 電機(jī)進(jìn)行綜合性描述，并著重闡述直流電機(jī)在三個(gè)運(yùn)行階段的電氣參數(shù)、異常運(yùn)行情況以及直流電機(jī)的常見應(yīng)用，如監(jiān)控?cái)z像機(jī)、智能門鎖和螺線管驅(qū)動(dòng)器。

直流電機(jī)的定義

直流電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，其電氣參數(shù)隨運(yùn)行狀態(tài)而變化。在直流電機(jī)的常規(guī)操作中，有三個(gè)運(yùn)行階段的電氣參數(shù)變化最為劇烈，其值可能比穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間高出好幾倍。這三個(gè)運(yùn)行階段描述如下：

1. 啟示：在此階段，由于電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)（EMF）較小，啟動(dòng)電流明顯高于電機(jī)的額定工作電流。

2. 制動(dòng)：直流電機(jī)在制動(dòng)時(shí)會(huì)被施加反向旋轉(zhuǎn)力，從而停止原本的旋轉(zhuǎn)。在此階段，電機(jī)電流和電壓的變化可能隨所使用的制動(dòng)方法而變化。如果采用常用的短路制動(dòng)法，則會(huì)產(chǎn)生較大的短時(shí)制動(dòng)電流，將導(dǎo)致電機(jī)內(nèi)部繞組和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生大量功耗。

3. 反轉(zhuǎn)：當(dāng)電機(jī)電壓反加時(shí)，電機(jī)被迫向相反方向旋轉(zhuǎn)。此階段的運(yùn)行條件最為極端，電機(jī)經(jīng)歷的電流和電壓變化最大。如果采取的措施不恰當(dāng)，電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片都可能被損壞。

異常運(yùn)行情況

電機(jī)常會(huì)出現(xiàn)繞組兩端短路的情況；如上所述，這會(huì)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片中產(chǎn)生較大的短路電流和熱量。另外，當(dāng)電機(jī)快速制動(dòng)或減速時(shí)，電機(jī)繞組電流將可能通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片反向流入輸入電源；這會(huì)增加輸入電壓 (VIN)，讓電機(jī)本質(zhì)上變成發(fā)電機(jī)。這兩種異常運(yùn)行情況都可能損壞電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。

由于電氣參數(shù)很容易在電機(jī)運(yùn)行過程中發(fā)生變化，因此必須采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施來保護(hù)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)芯片免于損壞。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片可提供的保護(hù)功能包括：過流保護(hù)（OCP）、過壓保護(hù)（OVP）和過溫保護(hù)（OTP）等。

常見應(yīng)用

直流電機(jī)廣泛應(yīng)用于冰箱、汽車、醫(yī)療設(shè)備（如健身監(jiān)測(cè)儀）、航空航天、消費(fèi)電子（如無人機(jī)和游戲控制器）等領(lǐng)域。MPS 提供 MP6508A、MP6614 和 MPQ6612A-D-AEC1 等出色的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器解決方案，下文將對(duì)此進(jìn)行詳述。

監(jiān)控?cái)z像機(jī)

MP6508A 是一款先進(jìn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其每通道可提供高達(dá) 1.2A 的電機(jī)電流。它集成了由 N 溝道功率 MOSFET 組成的全橋，工作電壓范圍為 2.7V 至 18V。MP6508A 可用作監(jiān)控?cái)z像機(jī)中的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，通過可靠的電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)傾斜、平移和變焦等基本功能。

MP6508A 采用小尺寸 QFN-16 (3mmx3mm) 封裝，背面帶散熱焊盤以幫助散熱。考慮到攝像機(jī)需要在各種室內(nèi)或室外環(huán)境中運(yùn)行，小尺寸與散熱能力至關(guān)重要。

圖 1 顯示了 MP6508A 的典型應(yīng)用電路。

圖1: MP6508A典型應(yīng)用電路

智能門鎖

MP6614 是一款 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)繞組或其他負(fù)載。該器件通過驅(qū)動(dòng)鎖定結(jié)構(gòu)中的可逆電機(jī)來實(shí)現(xiàn)電子智能鎖的鎖定動(dòng)作。MP6614 具有內(nèi)部電流采樣電路以及逐周期電流調(diào)節(jié)和限制功能，因此不需要低歐姆分流電阻器。

圖 2 所示為 MP6614 的典型應(yīng)用電路。

圖2: MP6614典型應(yīng)用電路

螺線管驅(qū)動(dòng)器

MPQ6612A-D-AEC1 是另一款 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可用于螺線管驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和其他負(fù)載的精確控制。MPQ6612A-D-AEC1 的可逆電機(jī)驅(qū)動(dòng)功能通過管理 H 橋的輸入信號(hào)來啟用和禁用螺線管驅(qū)動(dòng)器。該器件可用于信息娛樂系統(tǒng)以及汽車顯示系統(tǒng)（包括導(dǎo)航、抬頭顯示和儀表盤）。

圖 3 顯示了 MPQ6612A-D-AEC1 的典型應(yīng)用電路。 

圖3: MPQ6612A-D-AEC1典型應(yīng)用電路

結(jié)語

本文回顧了電機(jī)各個(gè)運(yùn)行階段電氣參數(shù)的變化，以及針對(duì)異常運(yùn)行情況進(jìn)行保護(hù)的重要性；還介紹了 MPS 針對(duì)常見應(yīng)用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器解決方案，包括監(jiān)控?cái)z像機(jī)、智能門鎖和螺線管驅(qū)動(dòng)器，這些方案分別采用了 MP6508A、MP6614 和 MPQ6612A-D-AEC1。

如需了解更多信息，請(qǐng)參閱 MPS 豐富的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)控制器產(chǎn)品。MPS 提供可用于打印機(jī)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、可用于玩具的有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及可用于電動(dòng)工具的無刷直流驅(qū)動(dòng)器（BLDC驅(qū)動(dòng)器）。