飞卡日常进度之电机驱动
先来看一个初学最容易智障的问题!
Q：为什么要有驱动电路？
A：通常控制系统输出的是电流很小的脉冲信号，而后级电路通常对电流或者电压又有要求！所以得通过驱动电路的放大，才能顺利作用在后级电路！
电机驱动方案合集
1、L298N和电调
提起驱动，相信你一定会想起自己刚接触电子时所用的L298N，这款双H桥直流电机驱动芯片。最高驱动电压可达到47V，但是电流实在太小，总驱动电流共4A，也就是说每个桥只有可怜的2A，根本喂不饱我们的540电机。
电调：又称为功率驱动器，电流可达到50A，听着倒是很不错的选择。但是可惜的是飞卡不让使用成品的驱动电路。电调一般用在航模中。
2、集成驱动MC33886
在前几届比赛中使用较多的一款芯片，内部集成了两个半桥的直流电机驱动芯片。驱动电压可达40V，驱动频率上限可达10KHz，同时内部也集成了输出保护电路，可实时检测欠压，过温，过流等系统故障。并专门设置了一个引脚FS来报告这种故障。（故障发生，由正常的高电平转为有故障的低电平）。
最大驱动电流5A，好像是比L298N的一个桥的驱动电流大了3A。但是实际用在智能车比赛中尤其是540电机（这个正常驱动电流也得11.6A，更可以飙到50A+），所以更不行了。
为了增大驱动电流，一般很多车队的选择是合并输入的IN1，IN2。以及输出的OUT1，OUT2，另其内部半桥并联用。
甚至还有使用两片或者多片并联使用！但是并联使用就有问题了：
- MOS的内阻存在差异，MOS的内阻本身就很小,120毫欧左右。这样就会因为很小的差异造成均流不一致，然后各个MOS管负担的电流不一样，从而影响了最大驱动能力！
- 驱动差异，以及开关管速度也会影响最大驱动电流！
同时使用MC33886本身也有毛病，就是发热严重，要特别注意PCB散热铜片！
D1/D2引脚是MC33886的使能引脚。要特别注意IN1/IN2和D1/D2的使用方法，IN1/IN2是接在了单片机的PWM引脚，D1/D2是高低电平直接控制。
（使能控制的信号时D1-0，D2 - 1，禁止使能的信号连接是：D1-1，D2-0）
MC33887
带有电流反馈输出的电机驱动芯片MC33887,电流反馈通道可用于实现恒转矩控制，原理就是电机的转矩和电流是呈比例关系的！
还可用于检测输出侧是否开路 。
当然更可以实现电流转速双闭环控制，(闭环又是一门学问<传送门>)提高转速控制的动态响应性能。
MC33883
H桥门（栅极）驱动芯片，MC33883，配合外部开关管构成电机驱动电路！
智能车网站上的一个电机驱动实例。<传送门>
3、BTS/BTN系列
BTS系列已经停产，大多用的BTN系列，其性能在这个表也十分清晰了。
注意：
- BTS/BTN系列的驱动芯片内部集成了一个上管（PMOS）一个下管（NMOS），构成一个半桥！要想组成全桥需要两片芯片！
- 这里的MOS内阻是在25℃，上管内阻和下管的内阻之和。
- 电流峰值是指低侧管，即下管！
- 与MC33886类似，其内部也集成了过压、过流、过温等保护措施，并配置有电流采集，故障指示引脚。
- 此外其SR引脚可通过下拉电阻配置开关管的驱动信号的上升、下降及停滞时间！电阻值越大，对应时间越长！但是从效率方面来看，不应选择阻值过大的电阻！
- BTN系列的芯片最高驱动频率可达25KHz
- 还集成过流限制功能，在输出电流达到最大容量限制时，将强制关闭驱动开关管，从而防止输出电流越界。
真值表如上图所示，因此，在使用两片BTS/BTN驱动芯片组合成H桥时，其驱动方式和电机单极性调制方式保持一致！（关于单极性和双极性的内容介绍<传送门>）
考虑到智能车的电压远低于BTN系列最高承受电压，故为了简化电路设计可以让INH置高，并且不接IS至单片机。
SR端，上面也提到了是为了配置开关管驱动信号的上升下降和停滞时间。
手册的典型值是510欧。并在其两端并联0.1uF（即104）起到高频滤波的作用。
电机驱动电流较大，会在电机启动和突然加速的时候拉低电池电压，为了防止拉低电池电压，通常需要设置低频滤波电容，起到能量缓冲的目的。取值通常大于330uF，经验取值470uF，更大当然可以！还要注意耐压值是电池电压的2倍~
电容选取，通常我们较长使用的电解液电容，价格便宜也较常用。但是寿命，高频滤波性能不太高。
相比之下钽电容的寿命和高频滤波性能都较电解电容好，但是它的耐压峰值不如电解电容，容易爆炸，甚至短路起火。
而多层陶瓷电容缺点是容量太小，机械承受外力能力太差！
相比之下，固态电解电容的寿命、稳定性、频率特性都较上面几者好！可首选！
功率地（PGND）和信号地（DGND）
功率地，用于连接电池负极和驱动电路。
信号地，用于连接电池负极和单片机。
信号地和功率地可通过0欧电阻进行单点连接。
上面所示BTN电机驱动是可以直接使用的，但是实际中我们使用的时候还需要在单片机的IO口和驱动芯片的IN口之间加上线路驱动器或者光耦隔离芯片！（下面将介绍到我们的电路，用到了光耦隔离！）
线路驱动器：通常为高速信号驱动芯片，一方面提高单片机IO口的驱动能力。另一方面可起到一定的电气隔离目的，可用于隔离来自功率侧可能的过压、过流以及高频干扰等损坏单片机。当然还有用于电平转换的用途。
线路驱动器刚听起来似乎很高大上，但是举个实例，比如74HC244就是一款线路驱动器，其实也突然会想到自己刚学51的开发板上似乎有个74HC245芯片。
查一下。。。。。
emmmm,,,,难道一样吗？查到了这篇详细的文章<传送门>….
就一点不同244是单方向，245双方向！
244和245都八路同相驱动！
注意图上的一点处理小技巧，在输入端口为了防止输入不确定态，加入了下拉电阻！
4、2P+2N驱动
上管为P沟(IRF4905)，下管为N沟(IRF3205)的MOSFET构成的H桥。与BTN内部的半桥拓扑结构类似，只是使用分立开关原件和外部栅极驱动器实现，有了更多的选择！
P沟的MOS，导通电阻为20毫欧，导通电流可达到74A。
N沟的MOS，导通电阻为8毫欧，导通电流可达到110A。（这个就是stride说干到110A的理由咯。。。。）
低侧驱动芯片IR4428，集成两路独立驱动，驱动电流可达1.5A，用于驱动**低侧**MOSFET！换言之，该驱动芯片不适合驱动高位的Nmos。
但是别忘了N沟和P沟的对偶关系，是可以做到同时使得半桥中的P沟4905和N沟3205同时导通的！还有栅极驱动的输出与MOS管的栅极是通过阻尼电阻相连的！（取值可参考手册！！！）
IR4428驱动芯片的电压范围是6~20V，我们的电池电压是7.2v左右，所以提供给驱动芯片的电压就有点下面三种思路：
- 直接从电池取电
- MC34063典型的12VBOOST升压电路升压稳压后使用
- 使用小功率电源芯片，较MC34063优势结构小巧不必调试
因为同一桥臂的N管和P管共用一根线路驱动器，无法加入停滞环节有可能实现上下管直通！（严重后果可烧坏管子和线路板）
如何解决呢？注意图上的R1~R4以及D1/D2两个BAT54S高速肖特基二极管，加入实现了慢开快关！（慢开快关的知识可在这里获取<传送门>）。
5、4N独立式驱动方案
因为N-MOS不论是工艺还是使用方案都较P-MOS成熟，通常我们搭建H桥驱动都使用NMOS，可实现搭建不同的电压等级和功率的电机驱动电路。
典型的4N型H桥电机驱动组成
- 1、接口电路：连接电池、电机、单片机
- 2、辅助电源：提供隔离电路和驱动芯片所需电压（光耦隔离以及升压模块等）
- 3、隔离/放大电路：对于单片机产生的PWM信号进行隔离和放大送至驱动芯片(由于只能车的信号线较短且电压等级较低，故并没有加入这部分电路。)
- 4、驱动芯片：将该信号转换为可满足驱动MOSFET导通条件的栅极驱动电压
主要用到了光耦式隔离式驱动芯片HCPL3120，内部集成光耦器件，共模隔离电压可达15KV！
上管的Q1的源极和下管Q2的漏极是直接相连的！再采用上面提到的那种IR4428的低侧型驱动显然是不适用的，这是因为输出端驱动后dianya OUTA、OUTB均以PGND为参考电位。而上管的Vgs1是以图中的OUT为参考电位。
此时采用的方案是图中所示的独立芯片驱动，其输出两路电压参考电位不相同，（上管是OUT，下管是PGND）而单片机的PWM参考地是GND。PGND与GND的参考电位是一样的，只需要利用0欧电阻进行单点连接即可！
但是上管的地，就属于浮地了，需要额外使用与下管驱动供电相对隔离的供电电源。配合光耦芯片和独立电源最终产生可驱动上管的驱动电压。
上面分析只是摘取了其中的半桥电路，再看一下全桥电路是一个怎么样的形式！
同样的，注意看上管Q1和Q4的点位和下管两个的PGND是不一样的，并且上管地也不是同电位，所以需要三个独立电源进行供电！先用线性稳压模块稳出15V的电压然后利用隔离电源模块输出分别为15V1,15V2供给U1和U4！
电路的其他设计注意
- 驱动芯片的输出与MOS的栅极别忘了加阻尼电阻
- 电源侧的旁路电容104，用于高频滤波
- 电源侧的10uF左右的电容，用于滤除电源纹波
- 电源侧的470uF左右电容，用于低频滤波，能量缓冲
从上面的分析也不难看出，独立驱动电路较复杂，所需器件多，尤其需要多路隔离电源。
PWM数也多，硬件较难加入停滞环节，需要软件实现。但是电气安全性高，独立驱动使得调制模式也更灵活既可以单极性，又可以双极性，且可以实现满占空比控制！
多用在DC-AC的逆变场合，并不适用在智能车比赛，但是尝试学习更能让我们理解全桥驱动方式！
6、4N半桥驱动
只要思想不滑坡，办法总比困难多！
上面分析了一波，独立驱动的原理，不难总结出其浮地驱动造成的辅助电源较多的问题。同时大神们也给出了解决方案！
LO - 低侧驱动电压输出，参考地PGND
HO - 高测驱动电压输出，参考电位为浮地端VS
C为上管的驱动电压提供能量，Q2导通，自举电容C通过图中虚线部分进行充电。
Q2断开，Q1导通进行放电。由此省去了独立隔离电源！
放电支路如上图所示，驱动上管！
需要注意的是：每个开关周期内，下管Q2必须导通一段时间，从而保证自举电容有效充电，并可以驱动上管！
自举电容式半桥驱动器的缺点是：无法实现PWM满占空比控制，尤其在接近满占空比的时候，本来需要Q1提供大电流，但是由于驱动电压不足，造成Q1进入放大区，导通电阻变大！这一点软件设计的时候千万别忘了！！！
看个全的。
解决达到满占空比的解决办法：栅极驱动器使用17伏供电！
我们的电机驱动
不知道这家伙又从哪搞来的开关电源
上电，先来测一波540
表示马力蹭蹭的，，，
我们的驱动
左侧12V升压加上TLP521-2光耦隔离
右侧，4N半桥驱动器，4个IRF3205MOS管和IR2104构成组成全桥驱动。
其实对于我们的B车，540电机其相对功率较大，4N方案无疑不是一个最好的选择！
看一下原理图，
4N的方案上面已经分析了一波，这里完全同理！！！
2018年3月13日改装后的电机驱动
实物图
原理图也放出来吧。。。
