有刷直流电机原理

     设计H桥电路时，必须要考虑到一个非常重要的事项。当电路的输入不可预测 （比如单片机启动过程中）时，必须将所有的MOSFET偏置到关断状态。 这将确保H桥每个半桥上的MOSFET绝不会同时导通。 同时导通同一个半桥上的MOSFET将导致电源短路，最终导致损坏MOSFET，致使电路无法工作。每个MOSFET驱动器输入端上的下拉电阻将实现该功能（配置图请见图8）。
速度控制
BDC电机的速度与施加给电机的电压成正比。当使用数控技术时，脉宽调制 （PWM）信号被用来产生平均电压。电机的绕组充当一个低通滤波器，因此具有足够频率的PWM信号将会在电机绕组中产生一个稳定的电流。平均电压、供电电压和占空比的关系由以下公式给出：
公式1：VAVERAGE= D ×VSUPPLY
速度和占空比之间成正比关系。例如，如果额定BDC电机在12V时以转速15000 RPM旋转，则当给电机施加占空比为50%的信号时，则电机将 （理想情况下）以7500 RPM的转速旋转。PWM信号的频率是考虑的重点。频率太低会导致电机转速过低，噪音较大，并且对占空比变化的响应过慢。
频率太高，则会因开关设备的开关损耗而降低系统的效率。经验之谈是在4 kHz至20 kHz范围内，调制输入信号的频率。这个范围足够高，电机的噪音能够得到衰减，并且此时MOSFET（或BJT）中的开关损耗也可以忽略。一般来说，针对给定的电机用实验的办法找到满意的PWM频率是一个好办法。如何使用PIC单片机来产生控制BDC电机速度的PWM信号？一个方法是通过编写专门的汇编或C代码来交替翻转输出引脚的电平(1)。另一个方法是选择带有硬件PWM模块的PIC单片机。Microchip提供的具有该功能的模块为CCP和ECCP模块。许多PIC单片机都具有CCP和ECCP模块。请参见产品选型指南了解具有这些功能模块的器件。
注 1：Microchip的应用笔记AN847给出了使用固件对I/O 引脚进行脉宽调制的汇编代码例程。
CCP模块 （捕捉比较和PWM（Capture Compare和PWM）的英文缩写）能够在一个I/O引脚上输出分辨率为10位的PWM信号。10位分辨率意味着模块可以在0%至100%的范围内实现210（即1024）个可能的占空比值。使用该模块的优点是它能在I/O 引脚上自主产生PWM信号，这样解放了处理器，使之有时间完成其他任务。CCP模块仅要求开发者对模块的参数进行配置。 配置模块包括设置频率和占空比寄存器。ECCP模块 （增强型捕捉比较和PWM（EnhancedCapture Compare和PWM）的英文缩写）不仅能提供CCP模块的所有功能，还可以驱动全桥或半桥电路。ECCP模块还具有自动关断功能和可编程死区延时。



注： Microchip的应用笔记AN893给出了配置ECCP模块来驱动BDC电机的详细说明。该应用笔记中还包含有固件和驱动电路示例。
反馈机制
虽然BDC电机的速度一般与占空比成正比，但不存在完全理想的电机。发热、换向器磨损以及负载均会影响电机的速度。 在需要精确控制速度的系统中引入某种反馈机智是个好注意。速度控制可以两种方式实现。第一种方式是使用某种类型的速度传感器。第二种方式是使用电机产生的BEMF电压。
传感器反馈
有多种传感器可用于速度反馈。最常见的是光学编码器和霍尔效应传感器。 光学编码器由多个组件组成。在电机非驱动端的轴上安装一个槽轮。一个红外LED在轮的一侧提供光源，一个光电晶体管在轮的另一侧对光线进行检测 （见图9）。 通过轮中槽隙的光线会使光电晶体管导通。转轴转动时，光电晶体管会随着光线通过轮槽与否导通和关断。晶体管通断的频率表征电机的速度。在电机发生移位的应用中，还将使用光学编码器来反馈电机位置。