Arduino ESP32使用U3115S芯片控制H桥驱动有刷直流电机

问题提出

直流有刷电机控制使用U3115S芯片。芯片是电压高达300V的半H桥驱动电路，管脚说明：

Number	Symbol	Description
1	VCC	低侧固定逻辑电源输入
2	HIN	逻辑输入端，控制门电路驱动输出(HO), 同相
3	LIN#	逻辑输入端，控制门电路驱动输出(LO), 异相
4	COM	低侧电源返回
5	LO	低侧门驱动输出
6	VS	高侧浮动电源返回
7	HO	高侧门驱动输出
8	VB	高侧浮动电源

其实上面的表中的信息量很大。要能够实现对该模块的控制，需要注意的地方很多，最主要的是在HIN和LIN#端输入互补的PWM控制信号

半桥驱动电路

半桥驱动电路的一个注意事项是电容自举升压。

必须是PWM互补输入才能工作

如上图，输出的电位可以通过示波器查看。因为使用了自举升压的电路，在VB和VS之间有一个电容，这个电容在Q1关闭，Q2导通时会被充电，电压接近VCC，我们的例子中是12V左右。当要打开Q1时，这个12V的电压就会为Q1的G-S端提供电压，使其导通。Q1导通后，S端的电压被抬升，在我们的电路里电压值抬升到24V，VB端的电压是35.4V。但要注意，这个电压不会保持很长时间，经过一定的时间，电压会降低，最终停留在接近电源电压值。所以，在使用这个半桥驱动电路时一定要用互补的PWM来驱动。即在控制输入的HIN和LIN#端输入互补的PWM。如果是按我们想象的给控制Q1管的控制端输入一个3.3V的高电平，给控制Q2管的控制输入加一个0.0V的话，在输出端得不到24V的输出。必须采用PWM，而且是互补的PWM输入。下面的图是能够正常工作的电压给定：

上面的图是在网上找打的。这样就可以形成一个单极有刷直流电机的驱动。实际测量的波形输出：

Arduino ESP32的互补PWM控制

要实现互补PWM，需要MCPWM，但Arduino好像不支持MCPWM，在库管理中只找到了一个MCPWM库，好像还不是为Arduino准备的，应该是为ESP-IDF准备的，也没有例子程序。为快速实现样机，对PWM进行配置

1. 采用ledc PWM对H桥的上臂进行控制，实现一个PWM
2. 采用对上臂的PWM端连接中断，当上臂控制端变化时产生中断，根据输出的高低来控制下臂的输出。
3. 由于采用了中断，对下臂就可以采用常规的方法进行控制。
   这里应该注意到，因为U3115S的内部已经实现了同时打开上下臂开关管的保护，我们的外部控制程序可以不必考虑其它的保护措施。

void setup()
{
	attachInterrupt(motorLU, isrLU, CHANGE);
    attachInterrupt(motorRU, isrRU, CHANGE);
}

上面的程序将电机控制的左上臂和右上臂的信号变化用isrLU和isrRU中断处理程序关联。

void IRAM_ATTR isrLU(void)
{
    if ( digitalRead(motorLU) && PWMN)   // UP close DOWN open
    {
        digitalWrite(motorLD, HIGH);      // UP 1, DOWN 0
        return;
    }
    if ( !digitalRead(motorLU) && PWMN)   // UP open DOWN close
    {
        digitalWrite(motorLD, LOW);       // UP 0, DOWN 1
        return;
    }  
}

void IRAM_ATTR isrRU(void)
{
    if ( digitalRead(motorRU) && PWMN)   // UP close DOWN open
    {
        digitalWrite(motorRD, HIGH);      // UP 1, DOWN 0
        return;
    }
    if ( !digitalRead(motorRU) && PWMN)   // UP open DOWN close
    {
        digitalWrite(motorRD, LOW);       // UP 0, DOWN 1
        return;
    }  
}

上面是中断处理程序。

通过中断处理，实现下臂的互补PWM输出。