10W到500W-空心杯电机驱动电路-超稳定

空心杯电机灵敏、无齿槽效应、效率高达86%左右,特别是功率体积比非常高。这点甚至超越永磁同步电机(伺服电机)。目前价格正在快速下降。数年内将替代很多铁芯电机。这篇文章是我自己根据多个项目的工作经验写的,关于电机的驱动部分电路。实际证明这电路适用范围广,高可靠性。同行们应该很喜欢。物有所值。

L301+24V 4.7uH/13A3 1

CODER_L D313 STPS20S100CT 1 2 3 42

CODER_L_A CODER_L_B

C324 101+5V E301 1 470uF/10V C325 101 CODER_L _B C_L_B CODER_L _A 2 3 4 5 6 7

U308 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND 74HC14 VCC 6A 6Y 5A 5Y 4A 4Y

R322 2K/1W GND-P

+24V-P C317 102 GND-P

+5V C307 14 13 12 11 CODER_R_A 10 9 8 C_R_A CODER_R_B C_R_B 105

C301 104

E311 2200uF/63V R301 0R

CODER_R M_L 1 2 L 303 M_L_R_VS 47uH/6.8A C321 C320 4.7nF/630V M_L_L_VS 4.7nF/630V 1 2 3 4 CODER_R_A CODER_R_B 470uF/10V C327 101 M_R 1 2 L 304 M_R_R_VS 47uH/6.8A C323 C322 4.7nF/630V M_R_L_VS 4.7nF/630V C326 101+5V E302

C_L_A

U301 M_L_PWM 1 2 3 4 5 M_L _L_IN 6 7 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND NAND 74HC00 VCC 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y

+5VC302 14 13 12 11 M_L_R_IN 10 9 8 M_L_DIR 105

U302 M_R_PWM 1 2 3 4 5 M_R_L_IN 6 7 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND NAND 74HC00 VCC 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y

+5V C308 14 13 12 11 M_R_R_IN 10 9 8 M_R_DIR 105

U303 M_R_R_IN 1 2 M_R_R_IN M_R_L_IN 3 4 5 M_R_L_IN 6 7 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND NAND 74HC00 VCC 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y

+5VC328 14 13 M_L_R_IN 105 12 11 M_L_R_IN 10 M_L_L_IN 9 8 M_L_L_IN

M_L _L_IN R302 10k

U304 1 2 3 IN SD VSS DT COM LO VCC IRS21844S2

NC VB HO VS NC NC NC

14 D301 13 12 11 10 4 9 GND-P 8+24V-P_L D3052

+15V+24V-P 1 U309 IP+ IP+ IPIPACS712 VCC VIOUT FILTER GND 8 7 6 5 R310 105 C315 10K 103 M_L_I R312 15K C318 102+5VC309+24V-P_L 2 D314 1.5KE33A 3

R303+15V

4 GND-P 10KE303 5

C303 M_L_L_HO 1N4148 105 M_L_L_VS

M_L_L_LO 100UF/25V 6 E304+15V 7 C311 100UF/25V M_L _R_INR304 10k 103 1 2 3 R305+15V 4 GND-P 10KE305 5

Q302 D307 D G 1 R315 1N4148 S 51 M_L_R_VS IRFS4010 Q304 D308 D G 1 S R317 1N4148 51 IRFS4010 M_L_R_HO

U305 IN SD VSS DT COM LO VCC IRS21844S U306 1 2 3 IN SD VSS DT COM LO VCC IRS21844S U307 1 2 3 IN SD VSS DT COM LO VCC IRS21844S NC VB HO VS NC NC NC 14 D304 13 12 11 10 9 8 C306 M_R_R_HO 1N4148 105 M_R_R_VS+15V M_R_L_HO NC VB HO VS NC NC NC 14 D303 13+24V-P_R 12 11 10 9 8 GND-P C305 M_R_L_HO 1N4148 105 M_R_L_VS D315 1.5KE33A+15V NC VB HO VS NC NC NC 14 D302 13 12 11 10 9 C304 M_L_R_HO 1N4148 105 M_L_R_VS M_L_L_LO+15V M_L_L_HO R314 1N4148 51 D306 R316 1N4148 51 1 G 1 G

D S23

Q301 IRFS4010

D S3

Q303 IRFS4010

23

M_L_L_VS

M_L_R_LO

M_L_R_LO 100UF/25V 6 E306+15V 7 C312 100UF/25V 103 M_R_L_INR306 10k

GND-P 8

+24V-P 1 2 3 4

U310 IP+ IP+ IPIPACS712+24V-P_R VCC VIOUT FILTER GND 8 7 6 5

3

+5VC310 R311 105 C316 10K 103

M_R_I R313 15K C319 102

R307+15V

4 GND-P 10KE307 5

M_R_L_LO 100UF/25V 6 E308+15V 7 C313 100UF/25V M_R_R_INR308 10k 103

2

D309 R318 1N4148 51 D310 R320 1N4148 51 G G

2

Q306 D311 D R319 1N4148 S 51 M_R_R_VS IRFS4010 Q308 D312 D G 1 S R321 1N4148 51 IRFS4010 G 1 M_R_R_HO

D 1 S23

Q305 IRFS4010

D M_R_L_LO 1 S3

R309+15V

Q307 IRFS4010

4 GND-P 10KE309 5

23

M_R_L_VS

M_R_R_LO

M_R_R_L 100UF/25V O 6 E310+15V 7 C314 100UF/25V 103

GND-P

3

空心杯电机灵敏、无齿槽效应、效率高达86%左右,特别是功率体积比非常高。这点甚至超越永磁同步电机(伺服电机)。目前价格正在快速下降。数年内将替代很多铁芯电机。这篇文章是我自己根据多个项目的工作经验写的,关于电机的驱动部分电路。实际证明这电路适用范围广,高可靠性。同行们应该很喜欢。物有所值。

解释：这只是电路中电机驱动部分，至于控制芯片，可以选用DSP，ARM，甚至8位的单片机，本人就选用了新华龙的C8051F361单片机。控制起来完全没问题。主要没FPU的要把小数用左移放大，运算后，再右移缩小。可节省大量转换与计算的时间。

控制的空心杯用过MAXON的RE-40电机，24V/150W。上海埃依琪的24V/150W电机，24V/250W电机。在最高速正反转切换，电机输出轴抱住，让电机堵死，都没有问题。

这个电路使用24V的电机，更高电压电机只要调整些外围元件的耐压值即可，毕竟IRS21844之类的芯片是为600V高压而设计的。IRS21844是IR公司的新一代电机驱动芯片，瞬态过负冲耐电压达到50V,不是IR2104、IRS2104的耐5V可比的。可靠性大大提高，此外IRS21844的电机动力地与控制信号地是分开的，画PCB时根据电路具体情况可自由划分地线，一般都是单点接地的，接地点位置考虑两个地的瞬间电压不相等情况。两个地分开，可以在瞬间大电流时，避免电机动力地对信号地的大电流涌入涌出，导致的改变信号地的电平，产生逻辑混乱。

这个电路控制了2个电机，两个电机的控制电路是一样的。由于L303、L304的电感叠加到了空心杯电机上，我选用了64KHz 的PWM频率，这样控制器的CPU负荷很小，当然，串了电感，使空心杯的瞬态响应速度下降了，相当于降级使用了，但仍然比其他类型的电机灵敏得多。

此PWM值由诸多因素影响：

例如电机的电感，电感越大，相当于电机惯性越大，反应越慢，PWM应该越低。 例如电机的负载，负载越大，相当于电机惯性越大，PWM应该越低。 减速器的减速比越大，相当于电机惯性越大，PWM应该越低。

C321、C320等这4个电容是CBB电容，耐压值250V或以上。是蓝色或褐色的、外形像小面团。CBB耐瞬间高压、可自愈。L303、L304是伍尔特电感，黑色的方块块，封闭式的，相对外露的绕线式电感，他的体积是其他的三分之一左右。伍尔特大电感里面绕的不是铜丝，是扁铜片。砸碎看过，德国的东西，做的精益求精。十多元钱1颗。

1.5KE33A是瞬态抑制二极管、可以少用到1颗或2颗，但是不能省略。

E331是电解铝电容，2200UF/63V。电机反转切换瞬间，由于电机线圈电感左右，电机变为发电机，产生电压等于输入电压24V，叠加在电源的24V电压上，共48V左右。所以这颗电容耐压要高于48V。鉴于电容耐电压越高，可靠性约好，但越高，体积又约大，选为63V。

空心杯电机灵敏、无齿槽效应、效率高达86%左右,特别是功率体积比非常高。这点甚至超越永磁同步电机(伺服电机)。目前价格正在快速下降。数年内将替代很多铁芯电机。这篇文章是我自己根据多个项目的工作经验写的,关于电机的驱动部分电路。实际证明这电路适用范围广,高可靠性。同行们应该很喜欢。物有所值。

2200UF的容量取决于电机运行时的最高电流，电流越大，灌回来的电量越多。越要这个电容发挥蓄水池、定盘星的作用。这电容不能省，否则噪声电压、干扰很大。可靠性降低很多。

R322电阻是用来给E332放电的，没这电阻时，电路板断电后，E332的电容无泄放途径，误触碰电路板，这电容贮存的电荷把我镊子尖瞬间融化为球形，附送一个大火花，致盲5秒。哈哈！

布板是，自举电容C303为瓷片电容，二极管为高速二极管。两者要离IRS21844越近越好。IRS21844离场效应管越近越好，大电流线越简洁越短越好。

D305之类的二极管1N4148不可省略。进一步增加死区时间，省略后，场效应管会发热。 ACS712是霍尔原理的电流传感器，所以要远离磁场，例如电机内的永磁体的磁场或磁抱闸的磁场都对它有严重影响。它的肚子底下的PCB两面都别分布大电流的走线。否则产生的磁场会造成误差。

D313防止电机激起的噪声反射回电源，对其他电路有影响，也得保留。

采取了这些措施，电路的可靠性非常好。驱动额定150W的电机时，电路的各芯片无一发热。MOSFET是凉的。

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