工程師，在設(shè)計(jì)電路項(xiàng)目時(shí)，第一要?jiǎng)?wù)，也是最終要?jiǎng)?wù)，是根據(jù)設(shè)計(jì)要求完成項(xiàng)目功能的開(kāi)發(fā)；這些電路項(xiàng)目的功能雖因人而異，各不相同，但有一個(gè)似乎卻是相同的，那就是項(xiàng)目的執(zhí)行機(jī)構(gòu)會(huì)涉及到電機(jī)。

空氣凈化器項(xiàng)目，它需要實(shí)現(xiàn)的功能是去除PM2.5顆粒，凈化室內(nèi)的空氣。實(shí)現(xiàn)凈化室內(nèi)的空氣功能，工程師依靠的是電機(jī)驅(qū)動(dòng)的小風(fēng)扇，使空氣能夠自由流動(dòng)地循環(huán)；

碎紙機(jī)項(xiàng)目，它需要實(shí)現(xiàn)的功能是撕碎辦公室棄用的紙張，以防公司機(jī)密外泄。實(shí)現(xiàn)撕碎棄用的紙張功能，工程師依靠的是電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)刀片，使進(jìn)入碎紙機(jī)的紙張被撕碎；

智能電動(dòng)玩具車(chē)，它需要實(shí)現(xiàn)的功能是通過(guò)控制遙控，輕易地可以操作玩具車(chē)的倒車(chē)、前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、剎車(chē)。實(shí)現(xiàn)玩具車(chē)的倒車(chē)、前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎與剎車(chē)功能，工程師依靠的是電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車(chē)輪，使智能電動(dòng)玩具車(chē)能聽(tīng)從遙控器的指揮；

電路項(xiàng)目 這些電路項(xiàng)目的功能盡管千差萬(wàn)別，但有一個(gè)共同點(diǎn)，都包含電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。這是為什么呢？ 電機(jī)，作為可以將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的動(dòng)力裝置，它是一種媒介，是一種橋梁；猶如相親認(rèn)識(shí)的兩個(gè)戀人一樣，媒婆就是他們的月老，就是他們的丘比特； 工程師在研發(fā)設(shè)計(jì)電路，本質(zhì)上是借助基礎(chǔ)的電子元器件與芯片，運(yùn)用基爾霍夫電路定律，控制與分配電路中電壓和電流的走向。

然而這僅僅是電路的設(shè)計(jì)，也僅僅是項(xiàng)目設(shè)計(jì)的一部分，并不能代表項(xiàng)目的全部。 完整的項(xiàng)目，既包含電子電路部分，也同時(shí)包含機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。這就是存在電子工程師與結(jié)構(gòu)工程師的原因，二者互輔互成，缺一不可。 工程師現(xiàn)在是不是知道了原因，為什么電路項(xiàng)目的功能盡管千差萬(wàn)別，但都會(huì)有一個(gè)共同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)---電機(jī)。因?yàn)殡姍C(jī)是可以將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的動(dòng)力裝置，是項(xiàng)目電路部分與機(jī)械部分之間聯(lián)系的紐帶，電路就是通過(guò)電機(jī)去實(shí)現(xiàn)控制機(jī)械。 同樣，機(jī)械也可以通過(guò)電機(jī)去實(shí)現(xiàn)控制電路，比如發(fā)電機(jī)。 之所以講述這些內(nèi)容，是想帶領(lǐng)工程師從項(xiàng)目的研發(fā)本質(zhì)上去重新認(rèn)識(shí)電機(jī)的重要性。 電機(jī)在項(xiàng)目研發(fā)中如此重要，那在電路的設(shè)計(jì)上如何有效地控制電機(jī)就變得舉足輕重，自然呈現(xiàn)不言而喻。工程師在具體的電路方案開(kāi)發(fā)過(guò)程中，該怎么去做呢？該怎么去執(zhí)行呢？

芯片哥一向喜歡從問(wèn)題的本質(zhì)出發(fā)，去分析解決，找到原因，摸索出答案。在回答“如何在電路方案中控制電機(jī)”的問(wèn)題之前，工程師需要對(duì)電機(jī)做個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)與了解。

電機(jī)，按照電流的屬性，可分為交流電機(jī)與直流電機(jī)兩大類(lèi)。以直流電機(jī)為例，闡述說(shuō)明如何在電路方案中控制電機(jī)。 直流有刷電機(jī)、直流無(wú)刷電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)等這些都屬于直流電機(jī)范疇 直流電機(jī)，包含兩個(gè)電源接線端子，稱(chēng)之為電機(jī)的正極與負(fù)極。在電機(jī)的兩個(gè)接線端子處，分別接通電源的正極與負(fù)極，電機(jī)則因?yàn)樾纬呻娏骰芈范_(kāi)始工作轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速n =(U - Ia*Ra)/Ceφ，通過(guò)改變電壓U的幅值，實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的，這就是直流電機(jī)簡(jiǎn)要的電路工作原理，言簡(jiǎn)意賅。直流電機(jī) 了解完直流電機(jī)的電路工作原理后，工程師在項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)選用，4個(gè)MOS管構(gòu)建的H橋電路和專(zhuān)用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片這兩種方案。

方案一：MOS管H橋電路方案

MOS管H橋電路圖 所謂MOS管H橋電路，是指使用4個(gè)N型MOS管（也可以使用2個(gè)N型MOS管與2個(gè)P型MOS管），設(shè)計(jì)一個(gè)字母H形狀的電路，4個(gè)MOS管的中間連接電機(jī)； 4個(gè)MOS管中，Q1與Q2兩個(gè)MOS管的漏極連接電源的VCC，Q3與Q4兩個(gè)MOS管的源極連接電源的GND，Q1、Q2和Q3、Q4這四個(gè)MOS管的柵極連接外部的PWM1信號(hào)、PWM2信號(hào)和PWM3信號(hào)、PWM4信號(hào)； PWM1控制Q1 MOS管導(dǎo)通和PWM4控制Q4 MOS管導(dǎo)通，與此同時(shí)PWM2控制Q2 MOS管關(guān)閉和PWM3控制Q3 MOS管關(guān)閉，電機(jī)的兩個(gè)接線端子電源極性為左正右負(fù)，電機(jī)正轉(zhuǎn)； PWM2控制Q2 MOS管接通和PWM3控制Q3 MOS管接通，與此同時(shí)PWM1控制Q1 MOS管關(guān)閉和PWM4控制Q4 MOS管關(guān)閉，電機(jī)的兩個(gè)接線端子電源極性為右正左負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)； 需要說(shuō)明的是，MOS管的柵極控制信號(hào)PWM可能并不是直接來(lái)自單片機(jī)的輸出，有可能是來(lái)自外圍的Gate Driver柵極驅(qū)動(dòng)芯片。 ?

方案2：專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片方案 芯片按照功能一般可以細(xì)分為專(zhuān)用集成芯片與通用集成芯片。 專(zhuān)用集成芯片，是指具有某一特定專(zhuān)用功能的芯片，如74系列邏輯芯片，只能專(zhuān)用于處理信號(hào)的邏輯運(yùn)算； 通用集成芯片，是指芯片的功能不單一，沒(méi)有被固定，具有多樣化，最典型的案例如單片機(jī)，工程師可以利用單片機(jī)開(kāi)發(fā)出千奇百怪的各種功能； 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，就屬于專(zhuān)用集成芯片。芯片與半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司依據(jù)工程師用戶的設(shè)計(jì)需求反饋，專(zhuān)門(mén)針對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電路應(yīng)用領(lǐng)域而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的芯片，功能具有專(zhuān)一性，只面向電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方案設(shè)計(jì)。以L9110S電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片為例說(shuō)明 L9110S電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片引腳定義

Pin 1引腳OA：電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出功能引腳A；

Pin 2 & Pin 3引腳VCC：芯片的工作電源功能引腳；

Pin 4引腳OB：電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出功能引腳B；

Pin 5 & Pin 8引腳GND：芯片的參考地線功能引腳；

Pin 6引腳IA：電機(jī)控制信號(hào)輸入功能引腳A；

Pin 7引腳IB：電機(jī)控制信號(hào)輸入功能引腳B；

具體的應(yīng)用電路圖

專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片電路圖 L9110S電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的應(yīng)用電路圖，較為簡(jiǎn)潔；芯片的Pin 1引腳OA與Pin 4引腳OB直接連接電機(jī)的兩個(gè)接線端子，芯片的Pin 6引腳IA與Pin 7引腳IB直接連接到外部輸入的PWM波信號(hào)，芯片的VCC與GND只需要連接到電源即可（濾波電容省略了）。 輸入電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的PWM信號(hào)是直接來(lái)自于單片機(jī)，無(wú)需其他功能芯片； 至此，工程師可能會(huì)追問(wèn)，同樣為電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電路設(shè)計(jì)方案，MOS管的H橋電路方案與專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的方案，兩者都能實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功能，那它們的區(qū)別在哪呢？在實(shí)際項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中它們的差異性在哪呢？它們的不同點(diǎn)是什么呢？ 它們的區(qū)別在于三點(diǎn)

電路功率

設(shè)計(jì)難度

穩(wěn)定可靠 ?

01區(qū)別：電路功率

電路功率是等于電壓乘以電流，即P = U * I。 MOS管的H橋電路方案，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的最大工作電壓與最大工作電流取決于工程師采用MOS管的最大工作電壓值與最大工作電流值. MOS管的工作電壓范圍覆蓋面廣，可以從低至20~30V，中至80~120V，一直高至1000V等等；同樣地，MOS管的工作電流范圍也覆蓋面廣，可以從最小的1A一直到200A等等； 專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片方案，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的最大工作電壓取決于芯片的供電電源。芯片的工作電源，工程師都很清楚，常用的電源電壓等級(jí)包含3.3V、5.0V、12V、24V與36V；芯片的工作電流同樣也較小，如0.6A、1A、2A與5A； 為什么MOS管的H橋電路方案承受的電路功率，要明顯大于專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的方案呢？主要是因?yàn)閷?zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片屬于集成式的半導(dǎo)體器件，散熱能力較弱，驅(qū)動(dòng)大電壓大電流容易產(chǎn)生高溫高熱，造成芯片損壞。 顯然，MOS管H橋電路方案的工作功率要優(yōu)于專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片方案，適用的項(xiàng)目類(lèi)型更多更全。 ?

02區(qū)別：設(shè)計(jì)難度

設(shè)計(jì)難度，是指工程師完成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路方案設(shè)計(jì)的難易度，存在電路研發(fā)難度和電路調(diào)試難度。 從MOS管H橋電路圖和專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖對(duì)比中發(fā)現(xiàn)： 專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖相比較MOS管H橋電路圖要簡(jiǎn)潔簡(jiǎn)單，表現(xiàn)在研發(fā)4個(gè)PWM信號(hào)的控制與處理要難于2個(gè)PWM信號(hào)的控制與處理；并且在電路調(diào)試方面，4個(gè)MOS管的參數(shù)選型測(cè)試要復(fù)雜于1個(gè)專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的參數(shù)測(cè)試。 顯然，專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的電路設(shè)計(jì)難度要優(yōu)于MOS管H橋電路方案，對(duì)工程師的研發(fā)能力水平要求相對(duì)較低。

03區(qū)別：穩(wěn)定可靠

穩(wěn)定可靠，是指電路的方案抗外界的干擾能力，抗干擾能力越強(qiáng)，電路的方案穩(wěn)定可靠性就越好。 于工程師而言，作為常識(shí)，電路方案使用的電子元器件與芯片數(shù)量越少，集成度越高，方案出現(xiàn)的故障問(wèn)題就會(huì)越少，穩(wěn)定可靠性就會(huì)越高；反之，電路方案使用的電子元器件與芯片數(shù)量越多，種類(lèi)越繁瑣，方案出現(xiàn)的故障問(wèn)題就會(huì)越多，穩(wěn)定可靠性就會(huì)越低。 MOS管H橋電路方案使用了至少4個(gè)電子元器件，專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片方案只使用了1個(gè)芯片。 顯然，專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案穩(wěn)定可靠性要高于MOS管H橋電路方案，更適合惡劣的項(xiàng)目環(huán)境。 ?

文末總結(jié)

對(duì)于MOS管H橋電路方案與專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片方案，它們的區(qū)別不僅包含電路功率、設(shè)計(jì)難度與可靠穩(wěn)定這三點(diǎn)，還包含BOM元器件費(fèi)用。由于每個(gè)項(xiàng)目的電路要求參差不齊，使用的具體MOS管型號(hào)或者專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片型號(hào)均不確定，尤其是外圍電路的元器件不能確定，故而沒(méi)有加入BOM元器件費(fèi)用這個(gè)因素的討論。 ? 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的外圍電路 最后綜合電路功率、設(shè)計(jì)難度與穩(wěn)定可靠三個(gè)因素比較，在大功率的電機(jī)驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目，工程師優(yōu)先考慮采用MOS管H橋電路方案；在工程師電路研發(fā)設(shè)計(jì)能力與電路調(diào)試經(jīng)驗(yàn)不足時(shí)，優(yōu)先考慮采用設(shè)計(jì)難度較低的專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片方案；在惡劣的使用環(huán)境中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目，工程師優(yōu)先考慮采用穩(wěn)定可靠性更高的專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片方案。

審核編輯：黃飛

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