如何选择电机驱动器

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在机器人项目中,我们会用到不同类型的电机,诸如有刷电机无刷电机、步进电机、舵机(伺服电机)。这些电机可以通过不同的方法进行控制。有刷电机和无刷电机可以通过直接接入适当的电源直接进行驱动,而步进电机和舵机(伺服电机)则还需要给它一个控制信号才能动作起来。在实际项目中我们通常会采用电机驱动器来实现电机的控制。

什么是电机驱动电路?

L298N
L298N

引入电机驱动电路,则可以通过低电流信号来控制高电流输出,从而驱动电机。通常,可以把电机驱动电路看作是电机和控制电路之间的接口装置,它允许你使用低电流信号来控制高电流的负载,同时它还能为项目提供稳定的高电压和高电流,从而使电机工作在一个合适的工作状态下。

一个电机驱动电路包含了可以处理高功率电信号的IC主控或分立的场效应管。电机驱动电路是电流放大器电路,是控制器与电机之间的桥梁。简单来说,驱动电路包括H桥(控制电机)和控制H桥如何工作的电路。不同的驱动芯片提供的接口也不同。市面上著名的电机驱动电路有L293DL298N

H桥电路

H桥(如下图所示)是一个非常简单的电路,它可以控制直流电动机前进或后退——换句话说,这个电路可以改变施加到负载上的电压的极性。

H桥电路
H桥电路

当Q1和Q4导通时,Vbat连接到电机的左端,GND连接到电机的右端,使电机向一个方向运动。当Q2和Q3截止时,Vbat作用于电机的右端,GND作用于电机的左端,使电机向相反方向运动。

一个H桥可以很容易地由四个晶体管组成:两个PNP和两个NPN。Vcc切换采用PNP晶体管,GND连接切换采用NPN晶体管。

选择电机驱动器

那么如何为您的项目选择最佳的电机驱动器呢?以下是一些重要的标准,供选择电机驱动器参考。

兼容性

在选择电机驱动器时,首先要查找的是电机驱动器的兼容电机列表。大多数电机驱动器可以支持无刷直流电机、减速电机和步进电机,也有一些电机驱动器支持基于角度控制的电机,如舵机(伺服电机)。因此,需要根据您的电机来选择驱动器。

接口

大多数电机驱动器与Arduino和其他TTL输入兼容。然而,如果想要采用无线方式来控制电机,比如使用蓝牙控制板,那么可以考虑使用支持远程控制器的驱动器。此外,还必须考虑控制通道的数量。当需要用16个外部信号来控制16个电机时,电流和电压满足的情况下,那么必须选择一个支持16通道控制的电机驱动器。

电压和电流

接下来,看看电压和电流的处理能力。根据项目需要确定电机驱动器的电压范围。找到合适的电压范围并不难。电机驱动器通常都支持很宽的电压范围(比如4.5V – 36V)。此外,有驱动器的电流处理能力也是需要注意的。

导通状态电阻

电机驱动芯片中,电流通过桥式晶体管的电阻为导通电阻,导通电阻会导致功率的损耗。功耗可以表示为 asP=I2R,其中R为导通电阻,I为电流。功率损耗会导致发热。驱动IC在峰值电流状态下运行,内部温度很快就会增加,并可能导致热保护关断。因此,需要选择一个具备足够的电流处理能力的控制IC,同时加入物理散热器。很多时候,在电机控制板PCB上没有足够的空间来添加散热器,所以我们要尽量选择一个低导通电阻的IC,以实现最小的功耗。