📄 ir2104 + irf540 mos电机驱动全桥 学习与实践过程 ---“我们的avr”技术论坛(主坛).htm
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vAlign=top align=left width="19%" bgColor=#d1d9e2 rowSpan=2>【楼主位】 <FONT
color=#000000>wudi 无敌</FONT><BR><IMG height=120
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width=120><BR>积分：<FONT color=#000000>563</FONT><BR>派别：<FONT
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color=#000000> 使用L293或L298等全桥芯片来控制直流电机虽然简便而且成本低廉，但由于它们的内阻较大，在控制大电流的马达时芯片常常过热，导致系统的整体效率较低。在电动车上，马达控制芯片的内阻过大会导致车子的加速度变小。
<BR> 本人设想在暑假制作一个大的轮式或者履带式机器人，并且希望它能跑到公交车那么快，于是开始研究如何使用MOS管来控制更大电流的电机。
<BR><BR> 首先，本人参考了 《大功率直流马达的驱动——ABU ROBOCON 2005比赛之动力方案》一文中的电路图 （原文地址 http://www.robotdiy.com/article.php?sid=192 ）
<BR><BR><A
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<BR><BR> 按照这个原理图，我热转印制作了单个全桥的实验电路。个别的电阻电容值有所变动。
<BR><BR><A
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<BR><BR> 上电并给予有效的持续高电平信号后发现电路不能驱动马达，而2104开始发烫，540没有任何反应。于是更换2104，但仍出现同样的现象。通过示波器检测发现，高端MOS没有被驱动，而低端MOS的G端信号正常，因而桥没有被导通。更换信号方向，另外半桥仍然出现相同的现象。
<BR><BR> 本人开始怀疑是BOOTSTRAP电容的问题，于是实验了不同的电容值。但无论怎么变换，问题仍然没有被解决。由于手头没有4148，使用了IN5819作为续流二极管，按道理5819只会比4148更好，不应该成为问题的原因。
<BR><BR> 由于手头2104只有6片，而所有的都上电并且发热过，于是重新购买了一批2104。在这里感谢周顺同学，那天刚好他毕业考考好，帮我到科技京城买了2104。
<BR><BR> 更换2104后，电路工作正常。周顺看了看我原来的2104，恍然大悟：原来的芯片是97年前的旧货。
<BR> 马达欢快地转了起来。由于540的内阻要比298小很多，马达的加速度明显提高，变向时电刷更是发出了闪亮的火星。
<BR> 回到家后用示波器开始研究高端MOS的G端驱动电压波形。发现在EN端为高的初期，高端MOS的驱动电压突然升至比VCC高10V。此时强推动作用起效。但随着时间的流逝，该电压逐渐衰减为VCC，MOS的导通程度越来越不完全。直到下一个脉冲到来，G端电压又恢复为VCC+10V，但又逐渐衰减。也就是说，用持续的高电平信号来驱动MOS会导致MOS不能被完全导通，致使MOS发热，马达的实际功率低下。使用PWM信号则可以解决这个问题，它使BOOTSTRAP电容反复充电放电，使高端驱动电压始终维持在一个比较高的水平。倘若想让马达全速前进，不能使用持续的高电平，而需要用3%左右占空比的PWM，这是驱动2104与驱动298等全桥芯片的最大差别。
<BR> 不同的BOOTSTRAP电容值适应于不同频率的PWM信号与不同的MOS。电容值大的充电和放电时间都比较大，电压衰减得也比较慢，因而适合较低频率的PWM；电容值小的充电放电时间比较短，适合于较高频率的PWM。虽然IR给出过一个BOOTSTRAP电容的计算公式，但本人更倾向于通过实验来寻找合适的电容值。这样做既避免了繁杂的计算，又可以通过实验来了解它的工作原理，而且还可以适应板载电容。
<BR> 通过实验，本人确定了1UF的电容值。该电容采用了旦电容，以减少漏电。但如果没有旦电容，其他漏电较大的电容影响也并非很大。相对于高频的PWM，在如此短的时间内漏电的影响是微乎其微的。但从理论上来说，BOOTSTRAP电容漏电会导致高端MOS的导通电阻变大。
<BR> 总结了以上经验，本人又制作了一块双电机的MOS驱动电路。电路没有太大的改变，只是把续流二极管改为原图所说的4148，把阻容换成了贴片封装，并且采用了1UF旦电容作为BOOTSTRAP电容。
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href="http://www.ouravr.com/bbs/bbs_upload1357/files_7/armok01155226.rar">点击此处下载热转印用PCB文档（DXP）</A>
<BR><BR><BR> 该电路制作好后成功地驱动了我的机器人小车。小车在全速启动以及突然反向运动时的性能明显比使用298要好。主要原因为突然变向的电流很大，而298的驱动能力有限，导致变向的电流较小，加速度较小。
<BR> 实验并没有发现该电路有什么问题，于是电路基本定型，转向于研究设计印刷电路板。由于TO-220封装的MOS管直立很占空间，而且还需要散热器，于是本人决定采用贴片的D2PAK封装的IRF540，其他元件也都改为贴片封状。另外为了散热，本人还在芯片的上面设计了散热器和风扇。降低MOS温度可以大大提高工作效率。
<BR> 一周后我拿到了印刷电路板，同时我也去购买贴片元件。IRF540S（S是贴片，N是TO-220）并没有买到正品，而是买到了打磨后重新刻字的拆机件，其他元件都买到了正品。回家焊接好后，电路工作正常，绿的散热器很漂亮。
<BR><BR><A
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href="http://www.ouravr.com/bbs/bbs_upload1357/files_7/armok01155237.rar">点击此处下载PCB以及SCH</A>
<BR><BR><BR> 虽然该电路工作正常，但总感觉拆机的MOS管发热很大。于是我决定将TO220的正品540改为D2PAK封装，以做对比实验。
<BR><BR><A
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border=0></A> <BR><BR>首先，用凿子将BACK凿到合适的位置 <BR><BR><A
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border=0></A> <BR><BR>剪去一个脚 <BR><BR><A
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border=0></A> <BR><BR>用老虎钳弯到合适的位置再剪到合适的长短 <BR><BR><A
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