直流有刷电机并联小电容作用分析

        直流有刷电机驱动中电机旁并联小电容作用的个人分析，讲得不对或不清楚的地方，欢迎在评论区中指出。

        下图为直流有刷电机驱动的一个简单电路示意图,本文主要是讨论电机旁并联电容的作用，并没有画出完整的驱动电路。

 有时候会疑惑，为什么电机旁要并一个小电容C1，它有什么作用,现在一起来讨论下。
先来看下有刷直流电机的大概结构，如下图所示.将此结构放到驱动电路中，如图1所示

        当前时刻，电刷正极和换向器B1接触，电刷负极和换向器B2相连，同时MOS1和MOS4导通，MOS3和MOS2关闭，则线圈L1中有电流流过，如图2所示。此时电机开始转动,换向器也跟着转动。

        某一时刻，电机转到了图3中所示的位置，换向器B3开始和电刷正极接触,此时换向器B1也和电刷正极有接触，线圈L1和L2中均有电流流过，如图4所示，电机继续转动。

         当电机转动到某一时刻，换向器B1和电刷正极开始脱离，如图5所示，我们分析这一瞬间发生了什么，假设没有C1电容。

        因为前一时刻，线圈L1上有电流持续流过。所以当换向器B1和电刷正极开始脱离的瞬间，线圈L1的电流不能突变，此时L1线圈两端感应出很高的反向电动势，来维持电流原来的方向。

        电流的方向从线圈L1的一端流出，它要寻找一个回路，回到线圈的另一端，可以来看下此时电流的回路是怎么样的。

        首先，L1线圈的左边感应出很高的反向电动势，此感应电动势将比VCC要高，电流依然从左到右流动，通过电刷负极流到MOS3和MOS4的中点，此时，MOS1和MOS4还是导通的，MOS3和MOS2依然是关闭状态。

        则此时线圈L1的电流可以分两个方向流动，一个是通过MOS4的DS，然后到地，然后通过MOS2的体二极管，流到电刷正极。

        另外一个方向是通过MOS3的体二极管，然到是VCC线，然后通过MOS1的DS，流到电刷正极，电流的最终目的是要通过换向器B1，回到线圈的另一端。但是此时换向器B1和电刷已经分离出缝隙，不能形成回路。

        电流还存在，反向感应电动势也很大，因此，电刷正极和换向器之间的空气会被这个很大的反向感应电动势击穿，从而产生火花。

        上面描述的两条电流路径如图6所示。可以看到，由线圈L1产生的反向感应同时流到了地和VCC，回流路径比较长，会使得电源线上产生较大的EMI干扰，影响到其他电路。

那么怎么样让这个干扰的影响降至最低呢，降低或消除干扰，可以从源、回路、阻抗这三个方面来想办法。

        要么让干扰源不存在，要么缩短干扰的回路面积，要么增大回路上的阻抗，阻止干扰通过
先来看下干扰源，源是线圈L1，要想干扰源不存在，就要把线圈拿掉，这显然是无法做到的。增加回路阻抗是可以，但是这样流过电机的电流也变小，力和速度也就降低了，也不合适。

        那么，只有缩短回路面积，尽可能的让干扰形成最短的回路，尽可能不让它通过电源或地线形成回路，因此在电机旁并小电容的作用就体现出来了。

        并了小电容后，线圈L1回流路径，如图7所示，这时流过小电容的电流是主要回路,如图中粗线所示，而流过电源和地的是次要回路，如图中细线所示，因此电源线上的干扰将大大减少。
综上所述，直流有刷电机并联小电容的作用是减少干扰源的回路面积，降低干扰源对其他电路的影响。

        至于为什么并联的小电容，而不是大电容呢，那是因为由反向感应电动势产生虽然很高，但维持的时间很短，是一种尖峰脉冲，包含丰富的高次谐波，因此需要较小电容来吸收。可以选择0.1uF左右的电容或实际调试观察波形来选择合适的电容。